Beschleunigen Sie den AM-Erfolg mit Simulation – 3DPrint.com

Die Vorteile eines additiven Fertigungsprogramms (AM) sind ├Ąu├čerst ├╝berzeugend ÔÇô f├╝r die Herstellung hochkomplexer Teile, die wirtschaftliche Fertigung von Losgr├Â├čen 1 und die nahezu vollst├Ąndige Eliminierung von Materialverschwendung. Aber f├╝r viele Unternehmen ist es heute keine leichte Aufgabe, diese Ziele mit AM zu erreichen, insbesondere ohne die richtigen Design- und Simulationstools. Die Komplexit├Ąt und Variabilit├Ąt der Teile ist ein zweischneidiges Schwert. Additiv erm├Âglicht die Herstellung viel komplexerer Geometrien, aber der gr├Â├čere L├Âsungsraum bedeutet mehr m├Âgliche Fehlerm├Âglichkeiten im Vergleich zur Herstellung einfacherer Geometrien mit herk├Âmmlichen Verfahren. Selbst die erfahrensten Experten laufen Gefahr, mehrere Druckauflagen zu ├╝berstehen, um gen├╝gend Teile zu erhalten, die ihren Anforderungen entsprechen. Dies untergr├Ąbt nicht nur das Versprechen von AM zur Abfallreduzierung, sondern vervielfacht auch die Kosten eines Projekts. Damit die additive Fertigung als zukunftsf├Ąhige Produktionstechnologie im industriellen Umfeld wachsen kann, ben├Âtigen Unternehmen intelligente Werkzeuge, die ihnen helfen, Erstartikelqualit├Ąt aus dem AM-Prozess zu erreichen.

Druckfehler f├╝hren direkt zu erh├Âhten Kosten und geringeren Ertr├Ągen, die in der Welt der industrialisierten Fertigung zu Recht unwillkommene Ausdr├╝cke sind. Das Gesch├Ąftsmodell f├╝r die moderne Massenproduktion basiert auf Effizienz und Qualit├Ąt, um Rentabilit├Ąt und Rentabilit├Ąt zu erhalten. Durch die Verlagerung einiger Schritte des Entwicklungszyklus in die virtuelle Welt durch Simulation werden teure physische Tests zur Zertifizierung der Produktqualit├Ąt ├╝berfl├╝ssig. Beispielsweise muss ein Strukturelement in einem Fahrzeugchassis einem gewissen Belastungs- und Erm├╝dungsniveau standhalten, das ├╝ber das hinausgeht, was vern├╝nftigerweise im normalen Betrieb als Sicherheitsfaktor empfunden werden w├╝rde. In der Vergangenheit wurden die Teile entworfen und konstruiert, um dieses Ziel zu erreichen, und dann wurden physische Prototypen getestet, um sicherzustellen, dass die gew├╝nschten Ergebnisse erzielt wurden. Heutzutage werden solche Teile in einer virtuellen Umgebung simuliert, um die Teileleistung zu bewerten, bevor sie produziert werden.

Durch die virtuelle Simulation der Produktleistung wird jede Testiteration schneller und ohne das verschwendete Material f├╝r die Erstellung von Prototypen f├╝r physikalische Tests abgeschlossen. Aufgrund der Vielzahl von Unbekannten im AM-Prozess sollten jedoch viele verschiedene Simulationstechniken ber├╝cksichtigt werden, bevor die Produktion beginnt. Zu diesen Techniken geh├Âren die Optimierung der Druckorientierung, die Simulation des Druckprozesses und sogar die Simulation von Erm├╝dung und Haltbarkeit.

Die rechte Seite nach oben

Wenn alle anderen Variablen gleich sind, besteht einer der schnellsten Wege zur Verbesserung der Druckqualit├Ąt und -leistung darin, die optimale Druckausrichtung innerhalb der Bauablage auszuw├Ąhlen. Beim planaren Drucken kann die Ausrichtung eines Drucks die erforderlichen Drucktr├Ąger f├╝r ├ťberh├Ąnge oder Bereiche, die beim Abk├╝hlen unter der Schwerkraft durchh├Ąngen k├Ânnten, drastisch beeinflussen. Ein kluger Ingenieur k├Ânnte das Teil so konstruieren, dass viele dieser H├╝rden vermieden werden, aber dazu w├Ąre jahrelange Erfahrung erforderlich. Die Simulation der Auswirkungen einer gro├čen Anzahl von Ausrichtungen kann jedoch ein perfektes Teil liefern, wodurch Konstruktionszeit f├╝r die Verbesserung der Teileleistung anstelle von Druckanpassungen frei wird.

Abbildung 1 ÔÇô Simulation der Druckausrichtung

Die Ausrichtung kann sich auch bei planaren Druckverfahren auf die Festigkeit eines Bauteils auswirken. Wenn sich eine spannungskonzentrierende Struktur versehentlich an einer Schichtgrenze ausrichtet, kann die Gesamtfestigkeit steil abfallen. Auch wenn dies von einem erfahrenen Benutzer in Betracht gezogen werden kann, verringert die Simulation die Abh├Ąngigkeit von solch hochspezifischem Wissen und erm├Âglicht es, mehr Zeit f├╝r die Leistung der Komponenten zu verwenden.

Druckpfade

Bei den traditionellen, subtraktiven Prozessen ist die Programmierung der Fertigungsvorg├Ąnge unabh├Ąngig von der verwendeten Fertigungsmethode entscheidend f├╝r die Endqualit├Ąt. Die Bearbeitung erfordert die richtige Drehzahl zum Planschleifen, die Jog-Geschwindigkeit, um Materialstopps zu vermeiden, und die verf├╝gbaren Anstellwinkel f├╝r Schnitte k├Ânnen die herstellbaren Geometrien stark beeinflussen. Auch Additive erfordert Einblicke in den Druckbetrieb, jedoch aus unterschiedlichen Gr├╝nden. ├ťberlappende Druckschichten ohne angemessene K├╝hlung k├Ânnen zu ├╝berm├Ą├čigem Schmelzen f├╝hren, die zum F├╝llen verwendeten Muster k├Ânnen die Festigkeit in verschiedene Richtungen ungleichm├Ą├čig beeinflussen und sogar die Verwendung oder das Fehlen von St├╝tzstrukturen kann die endg├╝ltige Lebensf├Ąhigkeit eines Drucks beeintr├Ąchtigen.

Der gr├Â├čte Unterschied zwischen traditionellen Herstellungsverfahren und AM ist jedoch die Benutzererfahrung. Im Vergleich zu jahrzehntelanger Erfahrung mit subtraktiven Technologien haben Anwender von additiven Maschinen nur wenige Jahre, um die Auswirkungen bestimmter Ma├čnahmen auf die Endqualit├Ąt des Teils zu verstehen. Dies wird durch die Vielfalt und Komplexit├Ąt gedruckter Geometrien noch verst├Ąrkt. Aus diesem Grund setzen so viele Unternehmen Simulationstools ein, um als Wissensvermittler zu fungieren.

Abbildung 2 ÔÇô Mehrachsendruck kann die Schwerkraft nutzen, anstatt die Verzerrungen zu ber├╝cksichtigen

Verschiedene Drucksimulationen erm├Âglichen es Benutzern, eine Vielzahl von Ans├Ątzen zu erkunden, ohne die Endkosten der Teile ernsthaft zu beeintr├Ąchtigen. F├╝r neue Benutzer kann es ein fantastisches Schulungstool sein, um schnell Wissen dar├╝ber zu erlangen, wie sich verschiedene Eingaben in den Druckprozess auf den endg├╝ltigen Druck auswirken k├Ânnen. Es ist auch f├╝r erfahrene Benutzer wertvoll, wenn sie ihr Wissen zum Drucken komplexerer Strukturen oder bei der Einf├╝hrung einer neuen Drucktechnologie oder eines neuen Materials vertiefen. Anstatt bei Null anfangen zu m├╝ssen, bietet die Drucksimulation ein Erdgeschoss f├╝r Wissen.

Der Nutzen der Drucksimulation beschr├Ąnkt sich nicht nur auf planare Drucktechnologien. Da immer mehr Unternehmen fortschrittliche Drucktechnologien wie Mehrachsen- und Hybriddruckmaschinen einsetzen, werden die richtigen Simulationstools auch einen reibungslosen ├ťbergang in die Qualit├Ątsproduktion erm├Âglichen. Hier k├Ânnen die Ablagerungspfade dreidimensional sein und die Schwerkraft kann verwendet werden, um den Druckprozess zu unterst├╝tzen. Unabh├Ąngig von der Drucktechnologie sind verschiedene Simulationstechniken ├Ąu├čerst wertvoll, um die Druckqualit├Ąt des ersten Artikels effizient zu erreichen.

Erm├╝dungsverhalten der Komponenten

Gefertigte Bauteile werden einer Vielzahl unterschiedlicher Belastungsszenarien ausgesetzt. Statische Belastung ist normalerweise die erste Art von Stress, an die die Leute denken, und wenn ein Bauteil die maximale Belastung nicht ohne Ausfall halten kann, ist es aus gutem Grund an der Zeit, ans sprichw├Ârtliche Rei├čbrett zur├╝ckzukehren. Gl├╝cklicherweise ist dies bei additiv gefertigten Teilen bei der Verwendung von Simulationen kein Problem. Immer mehr AM-Teile werden mit Hilfe der Topologieoptimierung konstruiert, um ein optimiertes Teil zu schaffen, das den erforderlichen Belastungen standh├Ąlt.

Abbildung 3 ÔÇô Metallproben nach einem nicht bestandenen Belastungstest

Ein Problem, das Ingenieure jedoch nachts wach h├Ąlt, ist die Erm├╝dungsleistung. Teile sind m├Âglicherweise f├╝r den maximalen Belastungszustand qualifiziert, aber halten sie wiederholtem Be- und Entladen stand?

Industrielle Anwender von AM verlassen sich auf Simulationen, um die Lebensf├Ąhigkeit ihrer Komponenten im Laufe der Zeit zu bewerten, anstatt Teile zu drucken und sie ├╝ber lange Zeitr├Ąume mit herk├Âmmlichen Methoden zu testen. Die vielen AM-Prozessparameter erzeugen eine lokale Variabilit├Ąt des Materialzustands im gedruckten Bauteil, was zu lokalisierten Erm├╝dungseigenschaften f├╝hrt. Diese Variabilit├Ąt macht die Erm├╝dungsanalyse sehr anspruchsvoll, aber neuartige Simulationstechnologien ├╝berwinden diese H├╝rde. Die Verkn├╝pfung von AM-Prozessbedingungen mit einer genauen Erm├╝dungsvorhersage erm├Âglicht eine gesch├Ątzte Erm├╝dungsleistung f├╝r das 3D-gedruckte Bauteil. Dies ist aus zwei Gr├╝nden ├Ąu├čerst wichtig f├╝r den Endwert der additiven Fertigung. Anstatt wochenlang darauf zu warten, dass Teile ihr Testprogramm abgeschlossen haben, k├Ânnen die Ergebnisse innerhalb von Tagen oder sogar Stunden geliefert werden. Aber es macht auch die Notwendigkeit mehrerer Drucke f├╝r eine m├Âglicherweise einzigartige Komponente ├╝berfl├╝ssig, bei der zus├Ątzliche Drucke die Gesamtkosten des Teils schnell erh├Âhen.

Die additive Fertigung ist eine erstaunliche Technologie, aber ihre effektive Nutzung erfordert das Verst├Ąndnis der Feinheiten dieses relativ neuen Druckverfahrens. In der Vergangenheit erforderte der Prozess des Erwerbs erweiterter Kenntnisse ├╝ber einen Herstellungsprozess spezielle Erfahrung auf diesem Gebiet, aber die Leistungsf├Ąhigkeit und Allgegenwart der Simulation ver├Ąndert diese Dynamik.

Simulation kann als Trainingswerkzeug f├╝r AM dienen und erm├Âglicht mit relativ geringem Zeitaufwand viel mehr Erfahrung im Prozess. Das Testen in einem virtuellen Raum bietet Ingenieuren, Designern und Herstellern die M├Âglichkeit, mit minimalen Konsequenzen zu scheitern. Anstatt teure Rohstoffe zu verschlingen und wertvolle Produktionszeit f├╝r einen fehlgeschlagenen Druck zu verschwenden, liegen die Hauptkosten der Simulation in der Rechenzeit. Simulation wird f├╝r Unternehmen immer wichtiger, die den Erfolg der additiven Fertigung f├╝r industrielle Anwendungen beschleunigen m├Âchten.

├ťber den Autor:

Ashley Eckhoff ([email protected]) ist Experte im Additive Manufacturing Program für den Bereich Manufacturing Engineering von Siemens Software. Er hat einen technischen Hintergrund und ist seit über 20 Jahren in verschiedenen Funktionen bei Siemens. Er hat mehrere Jahre intensiv in die additive Fertigung eingetaucht, sowohl in Produktdesign- als auch in Marketingfunktionen.

creditSource link

Companie-sankt-ulrich.de
Logo
Compare items
  • Total (0)
Compare
0
Shopping cart