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Simulation Schrumpfung im MBJ-Prozess einfach vorhersagen

| Redakteur: Stefanie Michel

Simufact hat eine Simulationssoftware für das Metal Binder Jetting (MBJ) auf den Markt gebracht. Erstmals ist es damit möglich bereits in der Konstruktionsphase, die durch den Sinterprozess entstehenden Verformungen von Teilen, zu erkennen und zu verhindern.

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Drei Phasen der automatisierten Optimierung: Die Verzugskompensation eines Scharniers mit Hilfe des Metal-Binder-Jetting-Moduls in Simufact Additive. Die Ergebnisse zeigen die Abweichung zwischen dem simulierten Teil und seiner ursprünglichen CAD-Geometrie.
Drei Phasen der automatisierten Optimierung: Die Verzugskompensation eines Scharniers mit Hilfe des Metal-Binder-Jetting-Moduls in Simufact Additive. Die Ergebnisse zeigen die Abweichung zwischen dem simulierten Teil und seiner ursprünglichen CAD-Geometrie.
(Bild: Simufact)

Das neue Modul in Simufact Additive unterstützt Anwender des Metal-Binder-Jetting-(MBJ-)Verfahrens, die geforderte Produktqualität zu erreichen und gleichzeitig die Vorteile von MBJ für die Herstellung hoher Stückzahlen zu nutzen.

Während des MBJ-Prozesses werden die Bauteile über längere Zeit erhitzt und gesintert. Das Bindemittel entweicht, die Poren schrumpfen. Damit schrumpfen auch die so genannten Grünteile um bis zu 35 %. Diese Schrumpfung vorherzusagen ist eine der größten Herausforderungen im Prozess. Einfache Schrumpfmodelle können das nicht, sodass bisher kostspielige physikalische Versuche notwendig waren, um den Druck jedes Teils zu optimieren. Dadurch konnten viele Hersteller die Kosteneinsparungen und die Flexibilität, die MBJ bietet, nicht nutzen.

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Vorhersage der Schrumpfung minimert Fehldrucke

Mit dem neuen MBJ-Tool ist der Anwender in der Lage, auch ohne spezielle Simulationskenntnisse die Schrumpfung, die durch Faktoren wie die thermische Belastung, Reibung und Schwerkraft während des Sinterns verursacht wird, vorherzusagen. Bauteile können bereits während der Konstruktion virtuell gedruckt, analysiert und optimiert werden. So wird der Anteil der Fehldrucke erheblich reduziert. Sinterinduzierte mechanische Spannungen werden in der Simulation vorhergesagt und so werden mögliche fehlerhafte Stellen vor dem realen Druck erkannt. Der Anwender nutzt diese Informationen, um frühzeitig Änderungen in der Produktentwicklung vorzunehmen und kostspielige Neukonstruktionen zu reduzieren.

Was ist Metall Binder Jetting (MBJ)?

Metal Binder Jetting (MBJ) ist ein pulverbettbasiertes Verfahren in der additive Fertigung (AM), das mithilfe von selektiv auf das Pulver aufgebrachten Bindemitteln Strukturen und Geometrien aufbaut. Nach dem Aushärten wird das Bauteil vom Metallpulver befreit und dann in einen Ofen gepackt. Dort zersetzt sich der Binder und das Bauteil wird gesintert, schrumpft also zur Endgröße. So entstehen Metallbauteile mit geringer Porösität.
Im Vergleich zu gängigen Pulverbettverfahren bietet MBJ folgende Vorteile :
1. Hohe Stückzahlen mit minimalem Abstand pro Druckvorgang,
2. keine Stützstrukturen nötig,
3. höhere Druckgeschwindigkeit im Vergleich zu konventionellen AM-Verfahren,
4. Maschinen sind kostengünstiger als 3D-Drucker für SLM- oder DED-Prozesse
Deshalb bietet MBJ dem Anwender die Möglichkeit, den kostengünstigen Metallspritzguss mit geringem Volumen für Automobil- und Flugzeugteile bis hin zu medizinischen Anwendungen zu ersetzen. Da eine hohe Auflösung möglich ist, können Kosten sowie Durchlaufzeiten für die Herstellung komplexer und leichter Metallteile wie Zahnräder oder Turbinenräder reduziert werden.

Sinterkompensation in Simufact Additive validieren

Simufact Additive hat ein einfaches und praxisorientiertes GUI-Design, welches automatisiert den MBJ-Prozess aufbaut und erforderliche CAD/CAE Dateien für den realen Druck bereitstellt. Neben der Simulation von einzelnen MBJ-Prozessen kann durch Python-Skripte eine Vielzahl an Varianten, wie etwa aus einem Versuchsplan, automatisiert erstellt und berechnet werden. Um die Sinterkompensation zu validieren und die Qualität zu gewährleisten, kann die optimierte Geometrie des MBJ-Tools unmittelbar sowohl mit der ursprünglichen Konstruktionsgeometrie (CAD) als auch mit einem Scan eines gefertigten Teils innerhalb der Benutzeroberfläche verglichen werden.

„Wir freuen uns, die erste Lösung zur Simulation von MBJ-Sinterprozessen auf den Markt zu bringen. Wir wissen, dass Metal Binder Jetting für unsere Kunden eine Schlüsseltechnologie für die Fertigung ist, insbesondere dort, wo komplexe Teile mit hohen Stückzahlen hergestellt werden müssen, wie zum Beispiel in der Automobilindustrie. Diese Entwicklung war nur in enger Zusammenarbeit zwischen unseren Hersteller- und Druckerpartnern und unserer erfahrenen Forschungs- und Entwicklungsabteilung möglich.“, so Dr. Gabriel McBain, Senior Director Product Management, Simufact & Forming Technologies.

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