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Additive Fertigung

Konstruktion für 3D-Druck

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STL zum Datenaustausch überflüssig

Auch bei Siemens PLM Software spricht man von einer durchgängigen Prozesskette für die Additive Fertigung – und ist damit tatsächlich sehr weit. Seit der aktuellen Version von NX stehen dem Konstrukteur eine Fülle von Tools vom Entwurf bis zum gedruckten Bauteil zur Verfügung, die nahtlos nutzbar sind. Im Unterschied zu den anderen Softwareanbietern hat Siemens mit Convergent Modeling eine Modellierungsmethode eingeführt, die das Arbeiten mit Geometrien vereinfacht, die aus einer Kombination aus Facetten-, Flächen- und Volumenkörpern bestehen. Convergent Modeling unterstützt Konstrukteure dabei, Bauteile für den 3D-Druck einfacher aufzubereiten, da eine Datenumwandlung in das STL-Format (beschreibt Modelle nur über Dreiecksflächen) überflüssig ist. Mit dieser Methode kann auch mit gescannten Daten direkt ein Bauteil für den 3D-Druck konstruiert werden. Dieser „Scan-zum-Druck-Workflow“ unterstützt das neue 3D-Datenformat 3MF und die 3D-Druckfunktionen von Microsoft.

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Wie bei den anderen Systemen ist bei NX ebenfalls eine Topologieoptimierung integriert, die leichte, bionische Formen entstehen lässt. Indem der Konstrukteur nur die „DNA“ eines Bauteils definiert, ändert sich dessen Form in Abhängigkeit vom Umfeld. Diese generative Konstruktion – bei Siemens wird das auch als simulationsgetriebener Ansatz bezeichnet – setzt frühzeitig Simulation ein, um die Belastung der Bauteile mit zu berücksichtigen. Ohne die Konstruktionsumgebung zu verlassen, können die Designkonzepte unter anderem hinsichtlich Strukturdynamik, Strömungsmechanik und Akustik mit Simcenter validiert werden. Während des Konstruktionsprozesses kann in NX zudem überprüft werden, ob die Wandstärke druckbar ist, ob das Teil in den Bauraum passt oder ob eingeschlossene Volumen vorhanden sind.

Ähnlich wie über die 3D-Experience-Plattform bereitet NX den 3D-Druck spezifisch für den ausgewählten Drucker vor. Dafür nutzt Siemens allerdings die Technologie von Materialise, was nicht nur Vorteile bei der Druckvorbereitung sondern auch für den Druckprozess bietet. Zunächst lassen sich Bauteile automatisiert anordnen, was den Einsatz von Stützstrukturen verringern kann. Für Kunststoffteile ist eine automatisierte 3D-Schachtelung verfügbar. Für Metallteile, die im Pulverbett-Schmelzverfahren aufgebaut werden, ist dies ebenfalls automatisiert möglich – bei voller Assoziativität zum Modell.

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Dank der Kooperation mit Materialise unterstützt das Build-Prozessor-Framework in NX zahlreiche 3D-Drucker. Sollten NX-Anwender bereits für ihren Drucker Build-Prozessoren von Materialise besitzen, können sie in NX darauf zugreifen und direkt aus der Anwendung heraus drucken nachdem der Druckprozess Schicht für Schicht simuliert wurde. Siemens PLM Software hat bereits mit Herstellern Pulverbett-basierter Verfahren zusammengearbeitet, um solche Komplettlösungen zu entwickeln. Nach dem Druckprozess erfolgt schließlich die Weiterbearbeitung mit NX CAM, um beispielsweise die Stützstrukturen zu entfernen oder die Oberflächen zu bearbeiten.

Von Kooperationen profitiert der Konstrukteur

Direkt aus der Anwendung heraus einen Druckauftrag an den 3D-Drucker zu schicken, wie aus Office-Anwendungen gewohnt, ist bis heute nicht selbstverständlich. Sowohl Druckerhersteller als auch die CAD-Softwareunternehmen haben über Jahre hinweg jeder für sich die eigenen Systeme optimiert. Parallel haben sich Dienstleister, wie beispielsweise Materialise, entwickelt, die selbst Software entwickeln, um den additiven Fertigungsprozess auf verschiedensten Maschinen zu perfektionieren.

Die Kompetenz eines CAD-Softwareherstellers liegt sicherlich in der mechanischen Konstruktion, der Designoptimierung und der Simulation, während in die Software der 3D-Drucker-Hersteller beim Bearbeiten der Bauteile das komplette Know-how über den Drucker einfließt. So lassen sich eventuell Veränderungen vornehmen, die beispielsweise die Kosten des Bauteils senken, weil weniger Nacharbeit nötig ist. In den letzten Jahren jedoch haben sich beide Seiten mehr und mehr aufeinander zubewegt und sind Kooperationen eingegangen. Das kann zukünftig für beide Seiten von Nutzen sein: Die Softwareunternehmen erhalten immer tiefere Einblicke in die additiven Verfahren, die Druckerhersteller hingegen profitieren vom Zugang zu Tausenden Softwarenutzern. Letztendlich hat aber der Konstrukteur den größten Vorteil, denn er profitiert von weniger Schnittstellen, hoher Druck- beziehungsweise Bauteilqualität und Angleichung der Druckvorbereitung an andere Fertigungsverfahren.

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Über den Autor

 Stefanie Michel

Stefanie Michel

Journalist, MM MaschinenMarkt