3D-Druck Die neue Freiheit der Konstrukteure

Alles ist nun möglich, dem Design sind kaum noch Grenzen gesetzt, endlich geht es um Funktion. Also müssten überall frohlockende Konstrukteure stehen, die sich auf die Additive Fertigung stürzen. Aber dem ist nicht so.

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Viele Unternehmen beginnen mit der Ersatzteilfertigung. Doch sind wir mal ehrlich: Der simple Nachbau eines konventionell gefertigten Bauteils ist eine Beleidigung für jeden, der mit 3D-Druck arbeitet. Denn die Vorteile liegen in den ungekannten Möglichkeiten, die eine grenzenlos scheinende Konstruktionsfreiheit bietet. Das bedeutet: Komponenten dürfen neu gedacht werden. Für den Konstrukteur wiederum heißt das: „Vergiss alles, was du gelernt hast!“ Das jahrelang erarbeitete Wissen, das gesamte Know-how – alles ist obsolet. In den Worten von Dr. Elisabeth Bauer, Pressesprecherin bei Fit: „Kochen Sie ein perfektes Frühstücksei statt mit einem Metalltopf mit Gras.“ Dazu ergänzt Michael Werner, Simulia Portfolio Introduction Specialist bei Dassault Systèmes: „Ausreden wie ,Das lässt sich nicht fertigen‘ sind nicht mehr gültig.“ Der Preis der Freiheit.

Neue Freiheiten bringen neue Erfahrungen mit sich. So gibt es auch bei der Additiven Fertigung viel zu lernen. Denn es kann durchaus passieren, dass das erfolgreich geplante Kunststoff-Tray, auf dessen Design man sehr stolz ist, weil es genau den Anforderungen entspricht, die man so lange gestellt hatte, völlig verzogen aus dem Drucker kommt. Wie konnte das passieren? Das Tray wurde per Schmelzschichtverfahren gedruckt. Es gab eine Stelle, an welcher der Laser eine komplette Fläche aufschmelzen musste, wodurch die Temperatur stieg. Eine kleine Änderung löste das Problem. Konstrukteure müssen also auch in der Additiven Fertigung viel können. Die Voraussetzung ist, dass sie den Prozess verstehen, mit dem sie arbeiten. Nur so können sie die kleinen Defizite, an denen Softwarehersteller noch arbeiten, ausgleichen. Werner drückt die Anforderung an Softwarehersteller so aus: „Durchgehende, digital verknüpfte Softwarelösungen für den kollaborativen Produktentwicklungsprozess sind wichtiger denn je, um diesen Komplexitäten erfolgreich zu begegnen.“

All-in-One-Lösungen der Softwarehäuser

Die Anforderung will Dassault mit seiner 3D-Experience-Plattform lösen. Dort finden Konstrukteure von der Materialauslegung über Konstruktion und Simulation bis zur Fertigungsplanung die benötigten Softwarevarianten. Sogar das Problem mit dem verzogenen Kunststoff-Tray will Dassault gelöst haben. „Durch physikalische Simulationen lassen sich neben der Stabilität des Bauteils auch die Verformungen während des Druckprozesses vorab untersuchen“, erzählt Werner. „So sind frühzeitig mögliche Design­anpassungen erkennbar oder die entsprechenden Druckpfade und Stützstrukturen lassen sich optimieren.“ Ein Plus ist auf jeden Fall, dass die Konstruktionsplattform mit allen Fertigungsmaschinen und 3D-Druckern kompatibel ist, die Industriestandardformate verwenden.

Autodesk geht den gleichen Weg. Auch seine Software ist für alle Materialien und Verfahren sowie für alle aktuell erhältlichen 3D-Drucker geeignet, die Metalle oder Polymere drucken. Außerdem bündelt das Unternehmen in seinem Programm Netfabb Werkzeuge für Konstruktion und Fertigung. „Konstrukteuren stehen damit alle Tools, die für die Optimierung, Validierung und erfolgreiche Herstellung von Modellen im Rahmen eines additiven Fertigungsprozesses notwendig sind, zur Verfügung“, spezifiziert Karl Osti, Industry Manager Manufacturing bei Autodesk. Wer weniger Technik haben will und mehr auf Eigenleistung setzt, der kann sich mit dem Print-Studio sein 3D-Modell für den Druck vorbereiten lassen; die Simulation des Druckes bleibt dem eigenen Wissen überlassen. Materialise darf in dem Reigen nicht fehlen. Auch seine Magics 3D Print Suite ist für alle und alles, mit allen Tools ausgestattet. Das besondere Element in dieser Softwareplattform ist der Build Processor. Er sichert die richtige Kommunikation zwischen Software und Drucker. Dafür wird er regelmäßig angepasst, so arbeitet Materialise zurzeit mit HP zusammen.

Spezifische Tools für einzelne Aufgaben

Auch wenn die Hersteller der Software sagen, dass ihre Programme für alle Drucker, alle Materialien und alle Verfahren anwendbar sind, dürfen Sie als Anwender trotzdem nicht vergessen, dass verschiedene Verfahren und Materialien sehr wohl unterschiedlich zu behandeln sind. Hilfestellung bietet hier der VDI, der für jedes Verfahren eine eigene Konstruktionsanweisung erarbeitet hat.

Wer den All-in-one-Systemen der Softwarehäuser nicht traut, schon genügend verschiedene Softwaretools im Haus hat oder sich lieber selbst in die Eingeweide der Additiven Fertigung begibt, der sollte sich bei den Druckerherstellern umsehen. Voxeljet hat mit der Uni Passau seine eigene Software entwickelt. Über diese kann auch der Drucker konfiguriert werden. „Beispielsweise so, dass nur die zu druckenden Flächen pro Schicht angefahren oder Verfahrbewegungen angepasst werden“, erklärt Tobias King, Director Marketing & Applications bei Voxeljet. „An sich müssen auch Workflows boxbasierter Systeme hinterfragt werden“, erklärt er weiter. „Wir haben bereits ein System, das nicht mehr auf Bauboxen basiert, sondern am Fließband Teile produziert, wodurch deutlich weniger Standzeiten entstehen.“ Sie arbeiten auch an weiteren Möglichkeiten, um den Automatisierungsgrad zu erhöhen, so King weiter, wie am Post-Prozess, also dem Auspacken und Finishen der Teile. Auch an Tools, welche die Auslastung, die Bauraumbelegung und den Zustand des Drucks analysieren, arbeitet der Druckerhersteller.

Welche Daten muss ein Konstrukteur eigentlich liefern? King antwortet: „Prinzipiell benötigen wir volumenbasierte CAD-Daten. Dabei ist das Format entscheidend: die gängigsten sind STL, Step & Iges. Generell lassen sich heutzutage aber alle Formate umwandeln.“ Dabei ist die Datendurchgängigkeit der Prozesskette ein wichtiger Faktor. Viele verschiedene Programme bedeuten meistens auch viele verschiedene Datenformate. „Bisher haben Ex- und Import von Daten an Programmschnittstellen, die Konvertierung in das STL-Format sowie die hohen Datengrößen für ein äußerst ineffizientes Datenhandling gesorgt“, erklärt Julian Gruber, Produktmanager für Additive Fertigung bei Trumpf. Deswegen arbeitet der Werkzeugmaschinenbauer mit Siemens zusammen: „Siemens NX bietet mit dem Convergent Modeling die Möglichkeit, die gesamte Prozesskette, auch die Datenvorbereitung, durchgängig auf Basis von gemischten Modellen, aus CAD- und triangulierten Geometrien, abzubilden“, so Gruber.

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