Dateioptimierung und Standardisierung in der Additiven Fertigung – Interview mit Avante Technology Gründer Bob Zollo

Avante Technology, 2014 als Spin-off von Software Architects Inc. gegründet, ist auf die Entwicklung, Lizenzierung und Unterstützung von standardbasierter Software für die Additive Fertigung spezialisiert. Mit Wurzeln in Dateisystemen und -formaten bringt das Unternehmen jahrzehntelange Erfahrung in der Optimierung digitaler Dateistrukturen in die schnell wachsende 3D-Druckindustrie ein. In einem Interview mit 3Druck.com gibt Präsident und Gründer Bob Zollo Einblicke in die Software für die Additive Fertigung und die Entwicklung globaler Standards.

Ein Schwerpunkt von Avante Technology ist die Verbesserung der Qualität von 3D-Druckteilen durch die Optimierung von Dateiformaten. Ihr Softwareprogramm ShapeFish™ konvertiert herkömmliche STL-Dateien in das ISO/ASTM 52915 AMF-Format und ermöglicht so einen genaueren, präziseren und effizienteren Druck. Mit ShapeFish können Benutzer Dateien analysieren, reparieren und feinabstimmen, indem sie einzelne Komponenten isolieren und häufige Probleme wie überlappende Geometrien beheben. Diese Funktionalität verbessert die Gesamtintegrität komplexer Entwürfe und gewährleistet eine bessere Druckqualität.

Neben der Konvertierung und Reparatur bietet ShapeFish einen robusten Metadaten-Editor, der für digitale Qualitätsmanagementsysteme unerlässlich ist. Benutzer können wichtige Details wie Produktname, Versionsnummer, Materialien, Farben und Toleranzen auf mehreren Ebenen innerhalb der Datei hinzufügen. Dieser standardisierte Ansatz trägt dazu bei, Beständigkeit und Verlässlichkeit in den Produktionsabläufen zu gewährleisten.

Avante Technology spielt auch eine wichtige Rolle bei internationalen Standardisierungsbemühungen und beteiligt sich aktiv an Organisationen wie ISO, ASTM und DICOM. Ihre Bemühungen zielen darauf ab, die Interoperabilität von AM-Prozessen zu verbessern, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf medizinischen Anwendungen liegt.

Interview mit Bob Zollo

In einem Interview mit 3Druck.com nennt Bob Zollo, Präsident von Avante Technology und Sekretär des ISO TC261-Komitees, das für die Veröffentlichung und Entwicklung des AMF-Formats zuständig ist, die wesentlichen Merkmale einer Software zur Datei-Optimierung für die Additive Fertigung. Er betont, wie wichtig es ist, die Software in bestehende Arbeitsabläufe zu integrieren, Plattformkompatibilität zu gewährleisten und komplexe Designs zu verwalten. Zollo hebt auch die wichtigsten technologischen Fortschritte und internationalen Standards hervor, die die Zukunft der Additiven Fertigung prägen, insbesondere in Bereichen wie Präzision, Effizienz und Qualitätskontrolle.

Was sind die wichtigsten Merkmale, die eine Software zur Datei-Optimierung für die Additive Fertigung aufweisen sollte?

Die fortschrittlichsten Funktionen sind wertlos, wenn die Anwendung nicht gut in den „Design-to-Print-to-QC“-Workflow des Unternehmens integriert werden kann. Läuft die Anwendung auf den benötigten Plattformen? Wie verträgt sie sich mit den Sicherheitsrichtlinien Ihres Unternehmens? Erfordert sie Investitionen in neue Computerhardware? Welchen Grad an Interoperabilität bietet die Anwendung? Gibt sie die von Ihnen benötigten Formate aus? Erfordert sie größere Änderungen am Entwurfsprozess oder Arbeitsablauf?

Folgende Merkmale halte ich für wichtig: eine Benutzeroberfläche, die dem Kenntnisstand und dem Arbeitsstil Ihrer technischen Mitarbeiter entspricht. Die Anwendung sollte Entwürfe unterstützen, die mehrere Objekte und/oder Komponenten, mehrere Materialien, Verbundwerkstoffe und mehrere Teilebaugruppen enthalten. Die Konstruktionsdatei muss in allen benötigten Dateiformaten und mit dem gewünschten Genauigkeitsgrad ausgegeben werden. Konstruktionseinstellungen wie Versionsnummer, Maßeinheit, Präzision und Ausrichtung sollten aufgezeichnet werden können und für die Ausgabe an die nächste Anwendung im Arbeitsablauf verfügbar sein.

Falls iterative Entwürfe verwendet werden, welche Kriterien können zum Vergleich und zur Einordnung von Entwurfsiterationen verwendet werden? Wie passen diese Kriterien zu den Entwurfszielen für das Projekt? Spezifische Merkmale sollten auf Basis der Zielanwendung betrachtet werden. Welche Art von Teilen, Baugruppen und Drucktechnologien werden hergestellt? Welche Art von Konstrukteuren wird die Software verwenden? Welche Kriterien stehen im Vordergrund, z. B. Genauigkeit, Geschwindigkeit, Konstruktionsverfahren oder andere? So wie es verschiedene Arten von Drucksystemtechnologien gibt, die jeweils für eine Reihe von Anwendungen geeignet sind, muss auch die Software für bestimmte Anwendungen und Arbeitsabläufe ausgewählt werden, nicht wegen cleverer neuer Funktionen.

Je mehr Kontrolle der Benutzer über den Optimierungsprozess hat, desto besser. Können alle relevanten Entwurfsinformationen mit der spezifischen Version der Datei verknüpft werden, damit sie im Arbeitsablauf programmatisch genutzt werden können? Auch künstliche Intelligenz kann nützlich sein, aber nur, wenn ein sachkundiger Mensch alle entsprechenden Eingaben und Informationen bereitstellt.

Die Additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren ständig weiterentwickelt. Welche Innovationen oder technologischen Durchbrüche bei der Software halten Sie für besonders wichtig?

Hier sind vier Innovationen, von denen ich glaube, dass sie das Wachstum der additiven Fertigung in den nächsten Jahren erheblich beeinflussen werden. Die ersten beiden Innovationen erweitern die Designmöglichkeiten; die dritte Innovation erweitert die Möglichkeiten des AM-Fertigungsprozesses erheblich; und die vierte Innovation ermöglicht die Integration des digitalen Arbeitsablaufs zur Verbesserung von Genauigkeit, Präzision, Qualität und Sicherheit:

1. Iterative Entwurfserstellung

In Kombination mit Simulation und KI, die auf die Kriterien des AM-Drucks zugeschnitten sind, hat diese Technologie das Potenzial, die Zahl der kostensparenden Anwendungen erheblich zu erweitern.

2. Hochpräzise, benutzerdefinierte Gitterstrukturen für Mikrodruck-Teile und Bio-Printing

Die Fähigkeit, diese mikroskopischen Designs individuell zu gestalten, ermöglicht eine breite Palette von Anwendungen in der Medizin-, Chemie-, Energie- und Transportindustrie. Hochwertige Beispiele sind das Bio-Printing von lebendem Zellgewebe, hocheffiziente chemische Prozesse (einschließlich Pharmazeutika, Wasserstoff-Brennstoffzellen, Lithium- und Natrium-Autobatterien usw.), verbesserte Filtration von Flüssigkeiten und Gasen, hochpräzise Teileoberflächen mit maßgeschneiderten physikalischen Eigenschaften (Reibung/Gleitfähigkeit, Haftung an spezifischen Beschichtungen/Materialien, Atmungsaktivität, Wasserabweisung usw.).

3. Drucksteuerung mit 4+ Achsen

Die Software und Firmware, die den Druck in mehr als dem traditionellen 3-Achsen-Prozess präzise steuern können, ermöglichen weitaus präzisere Oberflächen sowie den Druck komplexerer Teile und Baugruppen. Durch die Beseitigung von „Treppenstufen“-Oberflächenmerkmalen wird die Nachbearbeitung erheblich reduziert und die Oberflächenpräzision und -ästhetik verbessert. Es kann ein viel breiteres Spektrum an Teilen und Baugruppen gedruckt werden, das bisher mit der AM-Technologie nicht möglich war.

4. Aufnahme von standardisierten und kundenspezifischen Metadaten in das ISO/ASTM-Standard-AMF-Dateiformat

Dieser erste Industriestandard bietet Interoperabilität von Schlüsseldaten durch den digitalen Arbeitsablauf. Er ermöglicht Herstellern die programmatische Anwendung und Durchsetzung aller Design- und Prozessinformationen durch die Design-to-Print- bis hin zur QC-Arbeit für Qualitätsmanagement und effizientere Produktivität. Er ermöglicht eine standardisierte Methode zur Steuerung der AM-Produktion, was zu höherer Qualität, verbesserter Effizienz, sichererem Datenfluss und einer automatisierten Methode zur Erhaltung wichtiger Projektinformationen innerhalb der Designdatei für ein verbessertes Qualitätsmanagement führt.

Welches sind Ihrer Meinung nach die wichtigsten internationalen Normen, die von Unternehmen der Additiven Fertigung eingehalten werden müssen?

Es gibt über 40 veröffentlichte ISO-Normen für die Additive Fertigung und weitere zwei Dutzend, die sich in der Entwicklungsphase befinden oder von ASTM veröffentlicht werden. Obwohl es viele wertvolle Normen gibt, glaube ich, dass die Designnormen die wichtigsten sind. Das Design für AM beginnt mit dem Entstehungsprozess und schafft die Voraussetzungen für alles, was im Arbeitsablauf bis zum fertigen Teil oder der Montage passieren kann. Hier sind die wichtigsten:

1. Die erste zu berücksichtigende Konstruktionsnorm ist ISO/ASTM 52910-18: „Additive Fertigung – Konstruktion – Anforderungen, Richtlinien und Empfehlungen“

Dieses Dokument liefert die grundlegenden Informationen, die für die Bewertung der Einführung von AM erforderlich sind. Es enthält Anforderungen, Richtlinien und Empfehlungen für den Einsatz der Additiven Fertigung (AM) im Produktdesign. Dieses Dokument hilft zu bestimmen, welche Designüberlegungen in einem Designprojekt verwendet werden können, um die Möglichkeiten eines AM-Prozesses zu nutzen.

2. Die wichtigste Grundlagennorm für die Additive Fertigung ist: „ISO/ASTM 52915:20: Spezifikation für das Dateiformat für die Additive Fertigung (AMF) Version 1.2“

Diese Norm ist von grundlegender Bedeutung für die Additive Fertigung, da sie ein fortschrittliches, erweiterbares 3D-Dateiformat spezifiziert, das speziell für die industrielle Additive Fertigung entwickelt wurde. Dieses Dokument spezifiziert die Anforderungen für die Vorbereitung, Darstellung und Übertragung des AMF in extensible markup language (XML v1.0). Dieses Schema unterstützt die standardkonforme Interoperabilität. Diese erweiterte Formatspezifikation unterstützt eine höhere Genauigkeit als das üblicherweise verwendete STL-Format. Es unterstützt viele Anforderungen, die von STL und anderen traditionellen 3D-Formaten nicht unterstützt werden. Beispiele sind: Unterstützung für mehrere Materialien, Farben, Verbundstoffe und Baugruppen. Es bietet standardisierte Metadatenfelder für Design-, IP-, Sicherheits- und Projektinformationen sowie anpassbare Metadatenfelder für die individuelle Verwendung. Auf diese AM-Norm wird in Dutzenden von anderen ISO- und ASTM-Normen und Leitfäden verwiesen. AMF ist das einzige internationale Standarddateiformat für AM. Die Spezifikation ist erweiterbar, so dass Verbesserungen möglich sind, um künftigen Anforderungen der Branche gerecht zu werden. Ein Projekt zur Erweiterung und Aktualisierung der Metadatenspezifikation wird voraussichtlich noch in diesem Jahr im ISO TC261 beginnen.

3. Ein praktisches Normungsdokument ist: „ISO/ASTM CD TR52918: Additive Fertigung – Datenformate – Dateiformatunterstützung, Ökosystem und Entwicklungen“

Dieser ISO-Entwurf befindet sich derzeit im Abstimmungsprozess bei ISO und ASTM. Er beschreibt die Annahme und Unterstützung verschiedener Dateiformate in der additiven Fertigung durch jede Softwareklasse, die im „Design to Print“-Workflow verwendet wird. Es beinhaltet die Unterstützung nach Produkt und Unternehmen. Diese drei Normungsdokumente liefern die Informationen, die für die Beurteilung des angemessenen Einsatzes von AM entscheidend sind. Sie enthalten auch die Spezifikation für das fortschrittliche AMF-Dateiformat, das die Interoperabilität im gesamten AM-Workflow im Hinblick auf Genauigkeit, Präzision und Effizienz als Schlüsselkomponente für ein digitales Qualitätsmanagementsystem ermöglicht. Qualitätsmanagementsysteme (QMS) werden heute von Regierungsbehörden in den USA und der EU für eine wachsende Zahl von Anwendungen in den Bereichen Medizin, Luft- und Raumfahrt und Verteidigung gefordert. Ein Beispiel: Das US-Verteidigungsministerium hat das AMF-Dateiformat als das erforderliche Format für AM definiert, sofern die erforderlichen Softwaretools es unterstützen. Sowohl die EMA als auch die FDA verlangen überprüfbare QMS-Implementierungen für medizinische Geräte, die mit AM erstellt wurden. Auch die FAA und die EASA schreiben die Verwendung von Qualitätsmanagementsystemen vor. Dieser Trend wird sich wahrscheinlich auch in anderen Branchen fortsetzen. Die oben genannten Normen helfen den Herstellern bei der Entwicklung robuster und überprüfbarer QMS für ihre AM-Prozesse.

Welche Auswirkungen wird die Additive Fertigung Ihrer Meinung nach auf die verschiedenen Branchen und möglicherweise die Gesellschaft als Ganzes in den kommenden Jahren haben wird?

AM hat bereits jetzt erhebliche Auswirkungen auf die Medizin-, Verteidigungs- und Raumfahrtindustrie. Die Effizienz, die sich aus dem Einsatz von AM für kundenspezifische und hochwertige Teile und Baugruppen in kleinen Stückzahlen ergibt, sowie die kürzeren Lieferzeiten bieten starke wirtschaftliche Anreize, den Einsatz von AM in diesen Anwendungsbereichen auszuweiten. Bislang ist die Einführung in diesen Branchen auf einen kleinen Teil der möglichen Anwendungen beschränkt. Ich gehe davon aus, dass sich diese Entwicklung noch beschleunigen wird, da die Technologie eine höhere Genauigkeit und Präzision bietet und die Regierungsbehörden in den USA, Japan und der EU die notwendigen Vorschriften und Richtlinien für den Einsatz von AM veröffentlichen, um einen breiteren Einsatz zu ermöglichen.

Ein Beispiel ist das Bio-Printing medizinischer Implantate mit lebenden Zellen und Kollagengittern. Die derzeitigen EU- und FDA-Vorschriften enthalten keine spezifischen Leitlinien für die sichere und legale Nutzung des wachsenden Spektrums von Anwendungen für diese bahnbrechende Nutzung von AM. Wenn die Regulierungsbehörden aufholen, hat diese Kategorie von AM das Potenzial, exponentiell zu wachsen.

In den nächsten zehn Jahren könnte das Bio-Printing die medizinische Industrie revolutionieren, nicht nur durch bessere Prothesen und Verbrennungsbehandlungen, sondern auch durch ausgefeiltere gedruckte Arzneimittel und schließlich durch Ersatzorgane für schwerkranke Menschen. Eine weitere potenziell bedeutende gesellschaftliche Auswirkung, die sich aus der fortgeschrittenen AM ergibt, ist die Gewichtsreduzierung von Automobil- und Flugzeugteilen, Baugruppen, Brennstoffzellen und Batterien. Der Ersatz von Metallbauteilen durch leichtere AM-gedruckte Hochleistungs- und verstärkte Kunststoffe verbessert die Laufleistung von Kraftfahrzeugen aller Art. Die AM-Technologie wird jetzt eingesetzt, um neue Autobatterien und Wasserstoffbrennstoffzellen mit höherem Wirkungsgrad zu entwickeln, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht hergestellt werden können. Die Fähigkeit, Ersatzteile auf Schiffen und an abgelegenen Orten schnell zu produzieren, hat das Potenzial, Zeit bei Reparaturen und enorme Geldbeträge für die maritime Industrie sowie für militärische Einsatzorganisationen einzusparen.

AM wird sowohl in der militärischen als auch in der kommerziellen Luftfahrt eingesetzt, um Geld zu sparen, aber die Zahl der für AM zugelassenen Teile ist im Vergleich zum Potenzial winzig. Öffentliche Informationen über AM in der zivilen Luftfahrt besagen, dass Hunderte bis einige Tausend gedruckte Teile für bestimmte Flugzeuge zugelassen sind. Ein typisches modernes Verkehrsflugzeug besteht aus mehreren hunderttausend Teilen.

Der Einsatz von AM-Leichtbauteilen und -Baugruppen hat das Potenzial, sowohl die private als auch die kommerzielle Luftfahrt zu revolutionieren. Der daraus resultierende Gewichtsverlust und die höhere Treibstoff-/Batterieeffizienz haben das Potenzial, kleinere Verkehrsflugzeuge wirtschaftlich rentabel zu machen. Dies könnte Tausende neuer kommerzieller Flugrouten eröffnen und den Luftverkehr für einen viel breiteren Teil der Gesellschaft zugänglich machen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass AM das Potenzial für ein starkes Wachstum in einer Reihe von Branchen und Anwendungen hat, mit erheblichen gesellschaftlichen Vorteilen für Gesundheit, Verkehr und Ökologie. Die über 40 veröffentlichten ISO- und ASTM-Normen für AM bieten eine hervorragende Grundlage und einen Leitfaden für den Einsatz von AM in einem breiten Spektrum von Branchen und einer ständig wachsenden Zahl von Anwendungen.

Eine breite Akzeptanz wird nur dann erfolgen, wenn die Entscheidungsträger bereit sind, in diese Technologie zu investieren. Es bleibt noch viel zu tun, um die Verantwortlichen in Unternehmen und Behörden über das große Potenzial von AM sowohl in wirtschaftlicher Hinsicht als auch im Hinblick auf den Nutzen für die Gesellschaft aufzuklären.

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