Game Changer für die additive Fertigung

Die innovative 4D_Additive Manufacturing Software Suite von CoreTechnologie setzt neue Maßstäbe im Additive Manufacturing. Mit dem Tool können CAD-Daten erstmals als intelligente und vor allem exakte B-Rep-Geometrie gemäß CAD-Engineering-Standard für das Additive Manufacturing vorbereitet werden.  > von Armin Brüning

Das Thema Additive Manufacturing entwickelt sich mit rasanten Wachstumszahlen. Eine wirtschaftlich vorteilhafte Fertigung für Kunststoffteile von Kleinserien bis zu 10.000 Stück ist heute bereits realistisch. Für die Entwicklung der Technologie und für die Stückzahlen von additiv gefertigten Bauteilen sind dies Meilensteine. Um den gestiegenen Anforderungen der additiven Fertigung in Sachen Genauigkeit und automatisierten Workflows gerecht zu werden, hat CoreTechnologie die 4D_Additive Manu­facturing Software Suite entwickelt.
Im Unterschied zu bisher verfügbaren Tools kann man mit der Lösung auch CAD-Daten als intelligente und vor allem exakte B-Rep-Geometrie aufbereiten. Dabei lassen sich CAD-Daten aller gängigen Systeme lesen, zum Beispiel Catia, NX, Solidworks, Creo, Inventor, STEP oder JT mit Fertigungsinformationen (PMI), und als exakte B-Rep-Geometrie verarbeiten. Durch den robusten B-Rep-Geometriekern der Software wird die Prüfung, Reparatur und Vorbereitung der originalen Flächen oder ­Volumenkörper der exakten 3D-Modelle nach CAD-Engineering-Standard möglich. Bei herkömmlichen 3D-Druck-Tools werden CAD-Modelle bereits beim Einlesen trianguliert, das heißt in eine angenäherte, ungenaue STL-Beschreibung umgewandelt, wodurch eine Reparatur der Geometrie noch größere Formabweichungen zur Folge hat. Durch den exakten Geometriekern von 4D_Additive lassen sich Abweichungen hingegen ausschließen, da das CAD-Modell bis zum Schluss auf Basis der originalen Geometriebeschreibung verbleibt. Ausgereifte „Healing-Funktionen“ analysieren die CAD-Modelle und beseitigen automatisch eventuelle ­Lücken, Überlappungen und Mini-Elemente sowie gedrehte Flächen. Fehler, die der Kon­strukteur nicht automatisch beheben kann, lassen sich durch einfach zu bedienende Clean-up-Funktionen in Sekundenschnelle korrigieren. So wird sichergestellt, dass qualitativ optimale Modelle an den Drucker gesendet werden. Die für den ­3D-Druck optimierten CAD-Modelle und -Bauräume kann man im amf-, 3mf- und STL-Format sowie in den gängigen Slicing-Formaten speichern. Beim Slicing, das mit Multiprozessorberechnung durchgeführt wird, lassen sich optional auch Vektorgrafiken erzeugen, die in Zukunft als exakte Kurven verarbeitet werden.

Texturen-Modul revolutioniert Bauteil-Design

Ein Highlight der Software ist das inno­vative Texturen-Modul, mit dem man auf über 5.000 verschiedene Oberflächenstrukturen zurückgreifen kann. Vor allem die Kombination der Software mit präzisem B-Rep-Kernel und dem hochauflösenden HP-Jet-Fusion-Verfahren ermöglicht die additive Fertigung sehr feiner, völlig neuer Oberflächen, die in Zukunft Anwendung für individualisierte Dekorblenden in Fahrzeugen und vielen anderen Design-Produkten aus Kunststoff findet. Gerade die flexible Individualisierung und völlig neue Bauteil-Designs sind auf einem stark umkämpften Käufermarkt ein wichtiges Argument für Hersteller, sich diese neuen Technologien anzueignen. Für den Anwender ist es mit 4D_Additive denkbar einfach, Texturen auf dem CAD-Modell zu definieren: Die gewünschten B-Rep-Flächen und eine passende Textur werden einfach aus der Datenbank gewählt. Danach lässt sich die Feinheit und Position der Struktur visuell anpassen, wobei eine gerenderte, also fotorealistische Darstellung des Modells die Arbeit erleichtert. Die Software sorgt automatisch für die verzerrungsfreie Projektion der Narbung über Flächengrenzen hinweg. Die grafische Darstellung erlaubt dabei die Beurteilung der gestalteten Geometrie und befeuert den kreativen Prozess beim Design neuer Teile.

Automatisierte Bauteil-Ausrichtung

Eine spezielle Analysefunktion zeigt dem Anwender die Rauigkeiten je nach Orientierung des Bauteils in Echtzeit an. Hierbei wird verfahrensspezifisch gemäß der aus der Datenbank ausgewählten Maschine die Schichtdicke und die spezifische Rauig­keit in Abhängigkeit zum Flächenwinkel berücksichtigt. Diese Funktion hilft dabei, die bestmögliche Fertigungsposi­tion inner­halb kürzester Zeit zu ermitteln. Auch für die vollautomatische Orien­tierung der Teile auf der Bauplattform ist eine Funktion verfügbar. Kriterien wie bestmögliche Oberfläche, minimale Kosten und Platzbedarf oder minimales Volumen der Stützgeometrie lassen sich als Priorität auswählen. Anschließend erfolgt die itera­tive Berechnung der Ausrichtung innerhalb von Sekunden. Diese Funktion ermöglicht es auch ungeübten Anwendern, Bauteile optimal zu positionieren.

Nesting im Batchmodus

Durch intelligente Nesting-Funktionen mit Multiprozessorberechnung lässt sich eine schnelle automatische Füllung mit optimaler Ausnutzung des Bauvolumens sicherstellen. Speziell für Pulverbettverfahren wie HP Jet Fusion bietet dies einen hohen Nutzen, da sich der Zeitgewinn durch den Wegfall aufwändiger manueller Tätigkeiten vorteilhaft im Bauteilpreis niederschlägt. Der Anwender kann die jeweilige Anzahl der Bauteile sowie einen Mindestabstand festlegen. Das Bauvolumen wird automatisch gefüllt, sodass eine optimierte Anzahl an Bauteilen auf der Plattform untergebracht wird. Die relative Dichte des Bauraums wird zugunsten eines sinnvollen Wärmemanagements vordefiniert, um Bauteilqualität und Kosten zu optimieren. Für die manuelle Anordnung der Bauteile verfügt das System über eine Kollisionsprüfung, die zuverlässig anzeigt, ob sich Teile im Bauraum durchdringen oder den gewünschten Mindest­abstand unterschreiten.

Analysen für optimale Bauteil-Gestaltung

Zur bestmöglichen Wärmeverteilung untersucht die Analyse des Bauteils sogenannte massive Zonen, also Bereiche mit sehr großen Wandstärken, in denen möglicherweise eine Wärmekonzentration stattfindet. Diese Bereiche werden farblich markiert und geben Hinweise zur künftigen Bauteil-Gestaltung oder zur Positionierung des Bauteils. Mit der Wandstärkenprüfung lassen sich die für bestimmte Verfahren kritischen Bereiche mit einer zu geringen Wandstärke finden. Außerdem ermöglicht die Spaltmaßprüfung, Problem­stellen und Details wie Bohrungen mit zu kleinem Durchmesser zu erkennen.

Bauteil-Optimierung und Hüllgeometrie

Die CAD-Modelle sind als intelligente B-Rep-­Geometrie durch robuste und exakte „Direct Modelling“-Funktionen wie die Erzeugung von Offset-Flächen oder Durchmesseränderungen schnell und einfach bearbeitbar. B-Rep-Modelle bieten hierbei naturgemäß deutliche Vorteile gegenüber der Bearbeitung triangulierter STL-Modelle, bei denen Änderungen nur sehr aufwändig und unpräzise erfolgen. Die „Simplifier“-Funktion erzeugt eine Hüllgeometrie der 3D-Modelle und dient der Verringerung der Komplexität, wobei die Außenhülle des Modells oder einer kompletten Baugruppe als Solid-Geometrie auto­matisch berechnet wird. 

Suchmaschine für 3D-Druck-Teile

Additive Manufacturing (AM) verändert zunehmend die industrielle Produktionstechnik. Viele Unternehmen stehen vor den Herausforderungen, Bauteile oder Komponenten zu identifizieren, die sich für das neue Herstellungsverfahren eignen und geeignete Bauteile automatisiert aus dem bestehenden Datenbestand von 3D-Modellen herauszufiltern. Eine AM-spezifische Klassifizierung im PDM-System verwendet hierbei rein organisatorische Informationen und ist somit nur bedingt geeignet, die gewünschten Teile zuverlässig aus dem Gesamtdatenbestand zu eruieren. Die „Partfinder“-Technologie hingegen basiert auf dem Auslesen aller Informationen aus der CAD-Datei sowie der exakten Analyse von Geometrie, Konstruktionshistorie, Bemaßungen und Toleranzen. Hierdurch werden die maßgeblichen technischen Aspekte zur Einordnung verwendet. Der 3D_Evolution Partfinder klassifiziert Bauteile auf Basis geometrischer Eigenschaften der CAD-Modelle für die verschiedenen AM-Verfahren und Maschinentypen nebst Untersuchung der Konstruktionshistorie, PMI und Metadaten. Durch Multi­prozessorberechnung lassen sich große Datenbestände in kurzer Zeit betrachten. Die Geometrie-Analysen zur Ermittlung der technischen Eigenschaften und der Komplexität des Bauteils ermöglichen zusammen mit den in den CAD-Daten vorhandenen Attributen und Metadaten eine zuverlässige Klassifizierung.  rt

Autor: Armin Brüning ist Geschäftsführer von CoreTechnologie.

Info: Kostenlose Workshop mit AM-Experten

Basierend auf mehr als fünfzehn Jahren Expertise für 3D-Druck-­Verfahren und Software-Tools unter­stützt die als Spin-off von CoreTechnologie gegründete ­Additive Innovation GmbH Unternehmen dabei, die aus den neuen additiven Verfahren resultierenden Vorteile zu realisieren. Am 27. Juni 2019 findet der nächste kostenlose Workshop mit maximal 30 Teilnehmern statt, die zu folgenden Themen fundiertes Expertenwissen erhalten:

• Hinweise zu Konstruktion und Einsparungspotenzialen
• additive Fertigung von Kleinserien und Betriebsmitteln
• HP-Multi-Jet-Fusion-Technologie
• Additive Manufacturing mit der Software 4D_Additive
• automatische Teile-Identifikation mit dem 3D_Evolution Partfinder