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So nutzen Sie CAD vollständig im additiven Fertigungsprozess

Die Hauptphasen der additiven Fertigung sind das Design und der Herstellungsprozess. Praktisch wird die Designarbeit auf einer Computer Aided Design (CAD) Suite wie SolidWorks (und anderen) durchgeführt, während die physische Produktionsphase – d. h. 3D-Druck – durch den Export der CAD-Datei (z. B. SLDPRT) in das STL-Format erleichtert wird die von 3D-Druckern mit 3D-XML-Viewer gelesen werden können.

Es gibt jedoch mehrere wichtige Schritte in beiden Phasen des additiven Fertigungsprozesses.

Sowohl für Ingenieurteams als auch für Hersteller hängt die Produktivität von der Effektivität ihrer Konstruktionswerkzeuge ab, sei es von der Qualität ihrer CAD-Suiten oder ihrer Fähigkeit zur Zusammenarbeit mit Parteien, die unterschiedliche CAD-Suiten verwenden. Beispielsweise wird die Zeit, die für die Wiederherstellung von Dateien und die Umgehung der technischen Probleme bei der Verwendung bestimmter Dateiformate (z. B. STL) aufgewendet wird, zur Markteinführungszeit hinzugefügt.

In diesem Artikel untersuchen wir diese Faktoren im Lebenszyklus der additiven Fertigung und zeigen auf, wie Anwendungsentwickler und 3D-Druckerhersteller ihre Produkte als Lösungen positionieren können.

Was ist CAD?

Ob additive Fertigung oder sogar subtraktive Fertigung, der Designprozess fast aller Produkte beginnt im CAD. SolidWorks gehört zu einer Reihe beliebter CAD-Suiten auf dem Markt. Es wird verwendet, um ein Produkt zu entwerfen – sei es als Sammlung einzelner Teile oder als ganzes System – sowie seine Konstruktionsattribute vor der Fertigung zu testen und zu qualifizieren.

Was ist STL?

STL (kurz für STereoLithography oder Standard Tessellation Language) wurde 1987 eingeführt, um Stereolithographie-3D-Druckern das Lesen von CAD-Dateien zu ermöglichen. Wie IGES ist STL inzwischen in der 3D-Druckindustrie weit verbreitet, insbesondere als Mittel, um es Teams mit unterschiedlichen CAD-Suiten zu ermöglichen, im Rahmen eines umfassenderen Produktentwicklungsprojekts problemlos miteinander zu interagieren.


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Den Engineering-Workflow verstehen

Gestaltung

Der Engineering- und Produktentwicklungs-Workflow beginnt in einer CAD-Suite. Heute können CAD-Anwender eine Reihe von Werkzeugen nutzen, um Objekte nicht nur in 3D zu entwerfen, sondern auch eine große Anzahl von Details wie Farbe, Textur und andere Designelemente zu integrieren.

Tatsächlich bietet SolidWorks auch spezialisierte Werkzeuge, um Bleche, Formen, Schweißkonstruktionen und Oberflächen in ihre Kernkonstruktionsarbeit zu integrieren. Mit anderen Worten, die CAD-Designdatei könnte das beabsichtigte reale Produkt mit vollständiger Genauigkeit widerspiegeln.

SolidWorks gibt Ingenieuren außerdem die Möglichkeit, ihre Konstruktionsarbeit auf unterschiedliche Weise anzugehen. Beispielsweise kann ein Ingenieur, der unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit konstruiert, einzelne Teile als SLDPRT-Dateien entwerfen, speichern und abrufen und diese SLDPRT-Dateien zu einer SLDASM-Datei kombinieren (siehe diesen Artikel, um die Unterschiede zwischen SLDPRT- und SLDASM-Dateien zu verstehen).

Analyse

Die Möglichkeit, CAD-Dateien mit dem beabsichtigten realen Design – wie Ästhetik, Oberflächengeometrien, Mechanik, Farben und Materialien – zu entwerfen, öffnet auch die Tür für Designteams, um die Realisierbarkeit des Designs virtuell zu testen und zu verifizieren (d. h. vor dem physischen Prototyping).

Zugegeben, die Qualität der Analyse – die Simulation und Visualisierung umfasst – hängt von den Fähigkeiten ab, die die CAD-Suite bietet (SolidWorks enthält diese Funktionen). Die Simulation ermöglicht es Designern jedoch, ihren Prototyping-Bedarf und die Kosten für physische Tests zu reduzieren, indem Designprobleme während der Kerndesignphase identifiziert und korrigiert werden.

Beispielsweise umfassen die Analysewerkzeuge von SolidWorks, die die Methode der Finite-Elemente-Analyse (FEA) verwenden, statische lineare, zeitbasierte Bewegungs- und hochzyklische Ermüdungssimulation in der Standardstufe. In höheren Ebenen können Ingenieure die Haltbarkeit, Topologie und Eigenfrequenzen ihrer Konstruktionen bestimmen und eine Reihe von nichtlinearen statischen und nichtlinearen dynamischen Tests durchführen.

Vorbereitung

Mit aktuellen CAD-Suiten sollte die physische Prototyping- und Testphase weniger Zeit und finanzielle Ressourcen verbrauchen. Designer müssen jedoch im Allgemeinen die ursprüngliche CAD-Datei in STL exportieren, damit 3D-Drucker die ursprüngliche Designdatei richtig interpretieren können.

Das Konvertieren in STL hat seine Vor- und Nachteile. Einerseits ermöglicht es sicherlich die Herstellung einer in CAD erstellten Original-Designdatei durch 3D-Druck. STL liest jedoch nicht die Farben, Texturen und anderen Designelemente Ihres ursprünglichen Designs (einschließlich Metadaten).

Darüber hinaus werden an der STL-Datei vorgenommene Änderungen nicht automatisch in der ursprünglichen Konstruktionsdatei im CAD widergespiegelt; Vielmehr ist der Prozess eine Möglichkeit, bei der Änderungen an CAD vorgenommen werden müssen, damit sie die STL-Datei widerspiegeln. Dies fügt dem Prototyping-Prozess eine Ebene der Ineffizienz hinzu (was die Simulations- und Visualisierungsarbeit im CAD umso wichtiger macht).

Schließlich muss die mit STL-Dateien durchgeführte Verfeinerung mit Sorgfalt durchgeführt werden. Obwohl Sie die STL-Datei in ASCII codieren und daran arbeiten könnten, die Anzahl der Dreiecke zu erhöhen, um die Grobheit zu verringern, laufen Sie Gefahr, die Größe Ihrer STL-Datei drastisch zu erhöhen, sodass sie für 3D-Drucker zu groß ist, um sie zu lesen.

Drucken

Heute macht die weit verbreitete Akzeptanz und technische Reife von STL es zu einer Notwendigkeit für den 3D-Druck.

Um STL zu ersetzen, arbeitet das 3MF-Konsortium (dessen Gründungsmitglied die Muttergesellschaft von Spatial ist, Dassault Systèmes) daran, dass die additive Fertigungsindustrie 3MF übernimmt.

Das neue Format verwendet ASCII in XML, damit 3D-Drucker CAD-Designdateien originalgetreu lesen können – d. h. mit den vom ursprünglichen Designer beabsichtigten Farben, Texturen und anderen Designelementen. Es soll auch erweiterbar und an neue 3D-Drucktechnologien anpassbar sein.

3MF ist jedoch ein Langzeitfaktor. Bis heute ist STL immer noch das dominierende Dateiformat, das von der additiven Fertigungsindustrie verwendet wird. Diejenigen, die Anwendungen und Hardware für diejenigen im 3D-Druckbereich entwickeln, müssen sich an die STL-Verarbeitung anpassen.

Warum 3D InterOp nutzen

Da STL ein wesentliches Element zur Überbrückung der Design- und Produktionsphasen im 3D-Druck ist, ist es entscheidend, dass Endbenutzer in der Lage sind, den Zeitaufwand für die Wiederherstellung von Dateien (d. h. von CAD zu STL) zu minimieren, sei es von SolidWorks oder anderen CAD-Suiten. Tatsächlich ist Interoperabilität unerlässlich, da nicht jeder Engineering-Workflow SolidWorks verwendet.

Das 3D InterOp Software Development Kit (SDK) von Spatial ermöglicht Anwendungsentwicklern die Integration von Interoperabilität in ihre Angebote für Unternehmen der additiven Fertigung. Ob für 3D-Drucker oder für Anwendungen, die verschiedene CAD-Dateiformate anzeigen sollen, 3D InterOp ermöglicht es Ihnen, Ihre Angebote schnell mit den grundlegenden Anforderungen der additiven Fertigungsindustrie auszustatten.

Sie benötigen diese Funktionen, und obwohl das Hinzufügen möglich ist, verlängert es einfach Ihre Markteinführungszeit und Ihre Kosten. Wenden Sie sich noch heute an Spatial, um diese Standardfunktionen schnell zu integrieren und Ihre begrenzten Geschäftsressourcen auf Differenzierung und schnellere Markteinführung zu konzentrieren.


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