Warum Sie Simulations- und 3D-Drucktechnologien zusammen verwenden sollten

Beim Vergleich der additiven Fertigungstechniken mit ihren traditionellen Vorgängern sind die gegensätzlichen Unterschiede in den Materialeigenschaften eine Herausforderung. Die Grafik links bietet einen Überblick über die Leistungskriterien und den Vergleich zwischen 3D-Druck und CAE.

Jedes 3D-Druckverfahren bietet unterschiedliche mechanische und thermische Eigenschaften sowie Schichthaftungseigenschaften, die es von Bauteilen unterscheiden, die mit einem Spritzgusswerkzeug hergestellt werden. Ob thermoplastisches oder duroplastisches Material, diese Qualitäten bestimmen sein potenzielles Anwendungsspektrum.

FDM-3D-Drucktechnologie und beliebte Materialien

Fused Deposition Modeling 3D-Drucktechnologie hat den besonderen Vorteil, echte Thermoplaste zu verwenden. Damit steht den Ingenieuren eine Auswahl an Werkstoffen zur Verfügung, die sich ähnlich verhalten wie Produktionsmaterialien, mit denen sie vertraut sind. Beliebte FDM-Materialien wie Polycarbonat und Nylon 12 können für Vorserienkomponenten verwendet werden, die geschichtete Qualität des 3D-Drucks führt jedoch zu anisotropen Eigenschaften, die das Verhalten des Teils während eines Testszenarios unterscheiden.

Virtuelle Validierung der Konstruktionsleistung mit Simulationstechnologie

Hier hilft uns die Simulation, einige Vorhersagelücken zu schließen und verhindert, dass wir schlechte Ideen drucken. Zugegeben, ich würde lieber eine schlechte Idee drucken, als sie aus einem weichen Werkzeug zu formen oder zu gießen. 3D-Druck ist schnell und Kosten sind gesunken, aber wenn Sie Ihre Designleistung nicht mehr bewerten, können Sie unnötige Zyklen beim Drucker reduzieren und mehr Einblicke in die Leistung im Feld gewinnen.

Selbst wenn wir Werkzeugteile haben, die der Produktionsqualität sehr nahe kommen, hat virtuelles Testen einige entscheidende Vorteile gegenüber physischen Tests. Insbesondere ist es eine perfekte „geräuschfreie“ Umgebung, in der wir Äpfel wirklich mit Apfeldesigns vergleichen können. Darüber hinaus können wir mit der Simulation Größen wie Flüssigkeitsströmungen oder Spannungen visualisieren, die intrusiv oder physikalisch teuer zu quantifizieren sind.

Physischer vs. virtueller Testvergleich

Wir können jetzt den 3D-Druck verwenden, um Analyseergebnisse zu visualisieren. Simulation war schon immer ein großartiges Visualisierungswerkzeug, aber jetzt können wir diese Ergebnisse „fühlen“ und in unseren Händen halten!

Einsatz von Simulations- und 3D-Drucktechnologien zur Designoptimierung

Zwei der interessantesten Fortschritte im CAE- und 3D-Druck sind Werkzeuge zur Formoptimierung. Es ist sinnvoll, eine einzelne Studie für ein einzelnes Lastszenario durchzuführen. Dieser Wert steigt um Größenordnungen, wenn Sie mithilfe von Simulationstechnologie in Tools wie solidThinking Inspire automatisch über mehrere Anwendungs- oder Belastungsfälle hinweg optimieren können.

Optimierungsworkflow mit solidThinking Inspire

Tools zur Topologieoptimierung gibt es schon seit geraumer Zeit und in den Anfangsjahren waren sie aufgrund von Formbeschränkungen für typische Herstellungsverfahren begrenzt. Dann wurden diese Codes intelligenter, um Bestimmungen für Herstellungsbeschränkungen aufzunehmen, um sicherzustellen, dass das optimierte Design machbar ist.

Jetzt, da der 3D-Druck zu einer Fertigungsoption wird es öffnet die Türen für Formen, die wir vorher „wegwerfen“ mussten. Genau wie bei traditionellen Herstellungsmethoden müssen Prozesseffekte berücksichtigt werden.

Workflow für die 3D-Druckprozesssimulation

Wir könnten Hunderte von Teilen physisch mit verschiedenen Baupfaden und Prozesseinstellungen drucken, aber das wird schnell zu einem unerschwinglichen Zeit- und Kostenaufwand. Simulationswerkzeuge werden jetzt verwendet, um Druckvariablen zu berücksichtigen, die es Ingenieuren ermöglichen, die Auswirkungen des 3D-Druckprozesses auf das endgültige Teil vorherzusagen.