Il formato vettoriale aperto riduce le dimensioni dei volumi di dati di produzione multidimensionali per la fusione laser a letto di polvere
Semplificare i volumi di dati e contemporaneamente aumentare la profondità dei dati di produzione 2D per Laser Powder Bed Fusion (LPBF): questo era l’obiettivo del lavoro di ricerca avviato dagli scienziati delle Cattedre di tecnologia laser e produzione di additivi digitali DAP presso la RWTH Aachen University in collaborazione con l’Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT. Il risultato si chiama Open Vector Format e, oltre a una significativa riduzione del volume dei dati, realizza anche il trasporto efficiente dei metadati dei componenti all’impianto di produzione.
Senza dati di produzione digitale, non c’è produzione additiva (AM), quindi una generazione di dati efficiente e affidabile, così come l’elaborazione, è un prerequisito di base per un processo di produzione produttivo. Quando si tratta di Laser Powder Bed Fusion (LPBF), il componente prodotto viene pianificato come modello 3D tramite un software CAD (Computer Aided Design) e posizionato nello spazio di costruzione virtuale dell’impianto di produzione. Successivamente, questo modello viene convertito in una raccolta di dati di strato 2D del componente – il cosiddetto slicing – che funge da input sul lato impianto per quegli strati che vengono fusi uno ad uno nel letto di polvere. Non esiste ancora un formato standard per i dati di output di questo processo. Vengono invece utilizzati numerosi formati, proprietari o sviluppati per altri processi produttivi. Di conseguenza, quelli non contengono tutte le informazioni rilevanti per la produzione utilizzando LPBF. È qui che entra in gioco lo sviluppato Open Vector Format (OVF).
Solo un altro formato di dati?
La base tecnica per OVF è la tecnologia di serializzazione ampiamente utilizzata Protocol Buffers (“Protobuf”). Gestisce il trasferimento di informazioni da oggetti di dati strutturati complessi in un flusso di byte. Ad esempio, la memorizzazione di informazioni in un file o l’invio di dati tramite reti. L’utilizzo dell’infrastruttura del generatore di codice Protobuf fornisce un’ampia compatibilità e supporto per diverse dozzine di linguaggi e piattaforme di programmazione. Allo stesso tempo, vengono sfruttati appieno i vantaggi di Protobuf come prestazioni elevate, archiviazione binaria compatta di tutti i dati e compatibilità flessibile in avanti e all’indietro. Inoltre, è possibile trasportare in modo efficiente i metadati rilevanti per il processo LPBF, come i parametri di produzione, la potenza del laser e la velocità di scansione, lungo la catena del processo.
La definizione delle strutture dati specifiche della tecnologia avviene in modalità a bassa soglia mediante pubblicazione open source tramite il repository OVF Github.
Ciò facilita enormemente l’accesso sia per l’industria che per la ricerca. Le strutture sono ottimizzate per un’ampia compatibilità e allo stesso tempo sono estensibili in modo flessibile per poter mappare gli ultimi sviluppi digitali nella produzione additiva. Su Github è disponibile anche un ampio portafoglio di strumenti come convertitori per formati legacy, ad esempio la conversione di file CLI in OVF, o routine di verifica dell’integrità, ad esempio il controllo se i contorni sono chiusi, i parametri sono assegnati e i livelli sono privi di lacune.
OVF può essere utilizzato per soddisfare i requisiti versatili per un formato ideale per l’elaborazione dei dati di output del livello 2D nel processo LPBF. Inoltre, il formato può essere utilizzato anche per altre applicazioni di elaborazione laser basate su scanner, come la microstrutturazione e la lucidatura laser.
Un grande passo avanti verso l’industrializzazione del processo LPBF
Le possibili applicazioni di OVF sono versatili. Il collegamento della catena di processo digitale e fisica tramite OVF consente un processo di produzione robusto ed efficiente grazie al formato di dati semplificato ma ricco di informazioni. Lo sforzo manuale di trasferimento dei dati all’impianto può essere notevolmente ridotto e quindi automatizzato con l’aiuto di questo formato standardizzato.
Per questo motivo OVF viene utilizzato con profitto nel progetto “Industrializzazione e digitalizzazione della produzione additiva per i processi di serie per autoveicoli”, o IDAM. IDAM utilizza OVF per combinare l’output di diversi programmi o sottofasi automatizzate lungo la catena di processo tra i produttori e per unire i dati corrispondenti. Fa quindi parte del concetto di produzione LPBF scalabile, modulare e collegato automaticamente, che è stato sviluppato nel progetto per controllare e utilizzare in modo flessibile le singole fasi del processo.
OVF è utilizzato anche nel progetto “Slicing for industrial 3D printing in a protected cloud environment” (ProCloud3D). Qui OVF consente lo streaming strato per strato dei lavori di stampa LPBF dal cloud direttamente all’impianto. Inviando in sequenza i dati dello strato inclusi i parametri, anch’essi contenuti in OVF, è possibile evitare lo scambio di file CAD dei componenti sensibili. Il formato di nuova concezione fornisce quindi un contributo significativo all’obiettivo del progetto di un trasferimento sicuro dei dati nella produzione additiva.
Anche il cluster di eccellenza “Internet of Production” (IoP) utilizza OVF. Grazie alla sua apertura e indipendenza dal linguaggio, consente la generazione dinamica di lavori di scansione individuali per la post-elaborazione di superfici imperfette. Utilizzando questa tecnologia di base, in questo progetto vengono sviluppati scanner controllabili, che possono essere supportati dall’analisi dei dati nel cloud. Dopo che uno strato è stato fabbricato, ad esempio, è possibile inviare una foto della superficie a un data center. Lì, l’analisi dell’immagine genera dinamicamente un file OVF di post-elaborazione che contiene informazioni su aree non sufficientemente esposte. Nella fase successiva, questo file viene inviato allo scanner e viene eseguita la necessaria post-elaborazione. Dopo questa post-elaborazione, il lavoro attualmente attivo viene continuato o viene stampato il livello successivo.
Veduta
OVF gestisce l’archiviazione permanente, aperta e leggibile dei dati di produzione per i processi di lavorazione laser basati su scanner. Ciò consente l’archiviazione dei dati secondo i principi FAIR (Trovabile, Accessibile, Interoperabile e Riutilizzabile). Secondo DAP Chair un’integrazione nel software CAD/CAM commerciale per l’elaborazione dei dati è abbastanza concepibile. Inoltre, saranno messi a disposizione ulteriori strumenti per la gestione del formato: nel passaggio successivo verrà pubblicato un programma di visualizzazione per la visualizzazione dei dati.
I progetti IDAM, così come ProCloud3D, sono finanziati dal Ministero Federale Tedesco dell’Istruzione e della Ricerca BMBF. Il cluster di eccellenza “Internet of Production” è finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca DFG nell’ambito della strategia di eccellenza dei governi federale e statale tedesco.
