Hochwertige Teile erfordern erstklassiges CAD/CAM

Die ewige Frage bei der Fertigung mit CAD/CAM-Software ist, wie sie Bauherren dabei unterstützen können, ihre Teile immer schneller, billiger und besser zu machen. Mit den neuesten CAD/CAM-Softwareversionen optimieren Entwickler ihre Angebote weiter, indem sie neue Funktionen hinzufügen, darunter generative Designfunktionen, eine stärkere Automatisierung häufig verwendeter Fertigungsprozesse sowie mehr Tools für den aufstrebenden Bereich der additiven Fertigung.

Darüber hinaus sind Simulationen viel kritischer geworden, da hochkomplexe mehrachsige Maschinen eine präzise Berechnung der Werkzeugmaschinenelemente erfordern, um katastrophale Kollisionen während der Bearbeitung zu vermeiden, was es sehr wünschenswert macht, dass CAD/CAM integrierte Visualisierungsmöglichkeiten bietet.

Unter diesen neuesten Trends drängen generatives Design und additive Fertigung schnell in den Vordergrund. „Wir sehen weiterhin mehr Anwendungen für die additive Fertigung, neue Möglichkeiten der Materialhandhabung und erhöhte Maschinenkapazität und -leistung“, sagte Paul Brown, Senior Marketing Director, NX Product Engineering, für Siemens Digital Industries Software mit Sitz in Plano, Texas. „Dies wiederum erhöht die Anforderungen an CAD-Technologien, sodass Ingenieure neue Konstruktionen erforschen und die Leistungsfähigkeit und Flexibilität nutzen können, die die neuen Fertigungsmethoden bieten.“

Unternehmen versuchen immer noch, ihr Design durch Fertigungszyklen zu rationalisieren. Es besteht anhaltendes Interesse an Bereichen wie Design for Manufacturing (DFM), Überprüfungen, um das Vertrauen in die Fähigkeit zu stärken, das Entworfene herzustellen und zu bauen, bemerkte Brown.

Den generativen Ansatz wählen

Generatives Design hat Herstellern geholfen, den Designprozess zu beschleunigen und zu verfeinern. Es bedeutet, Teile effizienter zu konstruieren und Teile zu entwickeln, die leichter herstellbar sind.

„Da Hersteller mehr denn je unter Druck stehen, bessere Produkte schneller und zu niedrigeren Kosten zu liefern, wird die Notwendigkeit, Design- und Fertigungsprozesse zu verbinden und zu automatisieren, um Iterationen, Fehler und Lieferzeiten zu reduzieren, immer kritischer“, bemerkte Sanjay Thakore, Business Strategy Manager, Fusion 360-Markteinführungsstrategie für Autodesk Inc., einen in San Rafael, Kalifornien, ansässigen Entwickler von CAD/CAM-Software.

„Die Kombination aus Branchenkonvergenz und neuen Fertigungstechnologien schafft neu entdeckte Automatisierungsmöglichkeiten“, sagte Thakore in einem Interview, das in der September-Ausgabe von Manufacturing Engineering veröffentlicht wurde. „Komplexe Design- und Engineering-Herausforderungen können mit der generativen Designtechnologie, wie sie in Autodesk Fusion 360 enthalten ist, zu einem Bruchteil der Kosten [traditioneller Designprozesse] gelöst werden.“

Generatives Design ist ein Explorationstool, das gleichzeitig mehrere CAD-fähige Lösungen basierend auf realen Fertigungsbeschränkungen, Produktleistungsanforderungen und Kostenanforderungen generiert. „Ingenieure können den Designraum durch die Berücksichtigung mehrerer Materialien und Herstellungsmethoden erkunden und die Option auswählen, die die Leistungs- und Kostenanforderungen am besten ausbalanciert“, sagte er.

Einige Unternehmen fangen an, generative Ansätze zur Lösung von Designproblemen zu verwenden, bemerkte Brown von Siemens. „Das gibt ihnen mehr Möglichkeiten, alternative Formen und Materialien zu erkunden, um ein Problem zu lösen.“ Die Herausforderung besteht darin, es in einen traditionellen Prozess zu integrieren. „Mit Convergent Modeling haben wir die Technologie, die es Menschen ermöglicht, generative Designs zu verwenden, die das Ergebnis von Simulationen und Optimierungen als zentrale Modellierungsgeometrie sind – und dies mit traditionellen Modellierungs- und Fertigungstechniken zu kombinieren“, sagte Brown.

Dies wird durch die Verwendung von additiver Fertigung weiter vorangetrieben, die Formen und Ansätze ermöglicht, die mit herkömmlichen Fertigungstechniken, wie z. B. Gitterstrukturen, nicht erzeugt werden können. Diese reduzieren das Komponentengewicht drastisch, behalten aber die mechanischen Eigenschaften der Steifigkeit und anderer Faktoren bei.

„Integrierte CNC-Programmierfunktionen sind entscheidend für die Herstellung von Fertigteilen, was die Industrialisierung der additiven Fertigung ermöglicht“, sagte Brown. „Der Einsatz solcher integrierter Technologien weitet sich schrittweise vom ersten Prototypen bis zur Massenproduktion aus – darauf konzentriert sich Siemens.“ Er sagte, das Unternehmen prüfe, wie es AM im industriellen Maßstab von Auftragsgröße 1 bis 1.000 ermöglichen könne.

Generative Konstruktionstechniken erzeugen hochgradig organische Formen, bemerkte Alan Levine, Geschäftsführer, Open Mind Technologies USA Inc., Needham, Mass., Entwickler der CAD/CAM-Software hyperMILL. „Diese Formen können mit traditionellen Frästechniken oder additiven Techniken hergestellt werden“, sagte er. „Bei der Verwendung der additiven Technik wird das Fräsen üblicherweise als sekundärer Prozess verwendet, um die gewünschte Oberflächenqualität zu erreichen.“

Eine hervorragende Oberflächengüte für ein bearbeitetes Teil erfordert laut Levine präzise Einstellungen im CAM-System, hochwertige Werkzeughalter und präzise Werkzeugmaschinen. „Die meisten CAM-Systeme verwenden üblicherweise ein angenähertes Netz auf der Modelloberflächentopologie. Der Vorteil dieser Methode ist ein einheitlicher Berechnungsprozess, unabhängig davon, wie das CAD-System oder die CAD-Übersetzer die Oberflächenelemente definieren“, sagte Levine. Open Mind hat kürzlich ein hochpräzises Modell hinzugefügt, um die Teileoberflächen direkt zu bearbeiten und so die Oberflächenqualität zu verbessern.

Schnelles Wachstum von Zusatzstoffen

Neue Techniken für die Arbeit mit additiven Anwendungen nehmen schnell zu, insbesondere solche innerhalb von CAM-Systemen für die Abscheidung mit gerichteter Energie (Pulver oder Draht), fügte Levine hinzu. „Einige CAM-Anbieter haben dieses Marktpotenzial mit einer neuen Additivstrategie oder modifizierten Techniken angesprochen, die in Pulverbettsystemen angewendet wurden“, sagte Levine. „Mit letzterem sind die Werkzeugwegstrategien dann irgendwie eingeschränkt. Open Mind hat einen additiven Programmierprozess entwickelt, der es ermöglicht, nahezu alle Fräswerkzeugwege für Additive anzupassen, und der die für diesen Markt erforderliche zusätzliche Technologie enthält. Dies gibt Benutzern die Freiheit, einen Programmierprozess zu erstellen, einschließlich für 2D- und 3D-Werkzeugwegstrategien, sowie bei Bedarf eine Fünf-Achsen-Steuerung.“

Additive Fertigung und Hybridfertigung (additiv und subtraktiv auf derselben Maschine) erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Wieso den? Die meisten additiven Verfahren für Metall hinterlassen keine geeignete Oberflächenbeschaffenheit. Hybridlösungen ermöglichen ein gemahlenes Finish auf derselben Maschine und Einrichtung, die die Additivportionen produziert hat.

„Diese Maschinen sind für Endverbraucher interessant. Open Mind ist in additiven Fertigungsverfahren auf der Grundlage von Entwicklungen zur gerichteten Energieabscheidung aktiv“, sagte Levine. Die Nutzung umfasst Demonstrationen mit Maschinenpartnern, Universitäts- und Forschungsaktivitäten, fügte er hinzu, und auch einige frühe industrielle Endbenutzer, die mit der additiven und hybriden Bearbeitung von Metallen arbeiten.

„Der Trend der additiven Fertigung führt uns zu hybriden CAM-Systemen“, sagte Chuck Mathews, Executive Vice President, DP Technology Corp., Camarillo, Kalifornien, dem Entwickler der ESPRIT CAM-Software. „Zum Beispiel ist ESPRIT Additive for Direct Energy Deposition innerhalb des ESPRIT CAM-Systems mit vollem Spektrum verfügbar und bietet Programmierung, Optimierung und Simulation für additive und subtraktive Prozesse in einer integrierten Lösung.“

Laut Mathews bietet die Additive App von ESPRIT die Programmierung für Multitasking-, Multifunktions-, Mehrkanal-, Mill-Turn-, additive und subtraktive Werkzeugmaschinen. Additive und subtraktive Prozesse werden zusammen innerhalb einer einzigen Oberfläche programmiert, optimiert und simuliert.

Additive Techniken finden ihren Weg in fast jedes CAD/CAM-Produkt, da die additive Fertigung den Benutzern eine Designfreiheit bietet, die bei traditionellen subtraktiven Methoden nicht zu finden ist.

„Diese neuen Techniken haben innovative Möglichkeiten zur Herstellung von Teilen eröffnet, die in der Vergangenheit nicht möglich waren“, sagte Ben Mund, Senior Market Analyst bei CNC Software Inc., dem in Tolland, Connecticut, ansässigen Entwickler der Mastercam-Software. „Durch die Kombination der hochpräzisen Oberflächen, die mit der subtraktiven Fertigung im Prozess erzielt werden, mit den additiven Techniken erzielen Sie das Beste aus beiden Verfahren“, sagte Mund.

Die CAD/CAM-Software muss es dem Ingenieur ermöglichen, den additiven Prozess mit ähnlichen Werkzeugen ebenso zu steuern wie den subtraktiven. Mund sagte, er suche nach Merkmalen wie Stützmaterial, abgestufter Materialdefinition sowie Techniken wie 3D-Verschachtelung und optimierter Teileausrichtung, die es dem Softwarebenutzer ermöglichen, alle Aspekte des Herstellungsprozesses zu steuern.

„Die additive Fertigung ist Teil unseres Erbes bei 3D Systems, und wir sehen in der Branche eine Menge nebeneinander und integrierter additiver und subtraktiver Fertigung“, bemerkte Daniel Remenak, Produktmanager – GibbsCAM, für den additiven Maschinenbauer 3D Systems Inc., Rock Hill, S.C. „Die zunehmende Verbreitung dieser Arbeitsabläufe beeinflusst die Kundenerwartungen an Programmiersoftware, die in der Lage sein muss, Programmierern dabei zu helfen, diese Technologien effizient miteinander zu verbinden. Unser 3DXpert-Produkt ist in erster Linie für additive Arbeitsabläufe bestimmt und nutzt unsere unternehmensweite CAD-Erfahrung zur Unterstützung und Gittergenerierung sowie unsere subtraktive Bearbeitungskompetenz für eine fortschrittliche Slicing-Engine und Post-Print-Bearbeitung.“

Remenak sagte, dass das GibbsCAM-Team in den letzten Jahren mit Anbietern von CNC-Maschinen und Forschern an der Entwicklung dedizierter Techniken zur Programmierung hybrider subtraktiver und additiver Auftragsmaschinen gearbeitet hat.

Strategien für schnelle Produktion

Das „Brot und Butter“ der Bearbeitung kann in der Automatisierung häufig verwendeter Funktionen für Werkstattbenutzer liegen, die schnelle, genaue Ergebnisse benötigen, um ihre Teile jederzeit in hoher Qualität, oft in großen Mengen und pünktlich herzustellen. Der Schlüssel zu diesen Zielen sind In-CAD-Simulationen, die die Werkstätten am Laufen halten, indem sie sicherstellen, dass Teileprogramme ordnungsgemäß und ohne kostspielige Kollisionen ausgeführt werden, und der etwas banalere Bereich der CAD-Tools, die als „CAD für CAM“ bezeichnet werden und den Benutzern die Nüsse geben -Bolzen-Optionen benötigt, um ihre Teile schnell zu machen.

„Der Hauptfokus jeder unserer CAD-Funktionen und -Erweiterungen basiert auf der Idee von ‚CAD for CAM‘, was bedeutet, das Teil für die Fertigung vorzubereiten“, sagte Mund von CNC Software. „Das ist unser oberstes Ziel. Unabhängig davon, ob ein Benutzer ein komplexes Teil von Grund auf in Mastercam erstellt hat oder Problembereiche eines Teils analysieren und reparieren muss, das in einem anderen CAD-System erstellt wurde, steht unsere Suite von Drahtmodell-, Oberflächen- und Volumenkörperwerkzeugen zur Verfügung, um alles maschinenfertig zu machen unverzüglich.“

Mund sagte, dass mehrere Faktoren das CAD/CAM-Design beeinflussen, aber die meisten beinhalten Innovation, Senkung der Kosten, Beschleunigung der Markteinführungszeit und Verbesserung der Effizienz. „Wir hören ständig auf die Bedürfnisse unserer Kunden in Bezug auf die Teile, mit denen sie arbeiten, und die Probleme, auf die sie möglicherweise stoßen, um neue Tools zu entwickeln, die innerhalb der Mastercam CAD-Suite von Tools mehr Möglichkeiten bieten“, sagte Mund. „Je schneller ein Benutzer ein neues Teil erstellen oder ein importiertes Teil bearbeiten kann, um den Fertigungsprozess zu unterstützen, desto schneller kann es programmiert und auf einer Maschine zum Schneiden verwendet werden.

Die Beschleunigung der Markteinführungszeit sei der Schlüssel, fügte er hinzu. „Viele Anpassungen können innerhalb von Mastercam mit unseren CAD-Tools vorgenommen werden, wodurch Zeit und Kosten für die Rücksendung an das ursprüngliche CAD-System eingespart werden. In diesem Fall gestatten wir CAM-Programmierern, Änderungen vorzunehmen, die den Bearbeitungsprozess unterstützen, sei es das Entwerfen einer Vorrichtung, das Erstellen temporärer In-Process-Geometrie oder das Beheben von Problemen in der ursprünglichen CAD-Datei.

„Effizienz bedeutet, alle unsere Werkzeuge auf das Ziel auszurichten, das Teil für die Maschine fertig zu machen – Drahtgitter, Oberflächen und Volumenkörper, die alle für diesen einen Zweck zusammenarbeiten“, so Mund weiter. Schließlich kommt es auf die Konnektivität an. „In der CAD-Welt kann dies bedeuten, Teile aus jedem CAD-Modellierer einzulesen, der Industriestandardformate wie IGES und STEP und die gängigen proprietären Formate wie SAT, DXF, DWG, X_T usw. unterstützt“,

Er glaubt auch, dass das CAD-Modell in einer Mastercam-Teiledatei mit den CAM-Informationen verknüpft ist; Änderungen des Modells und der Werkzeugwege sind bekannt und können einfach aktualisiert werden, ohne von vorne anfangen zu müssen.

Andere Anbieter verfolgen ähnliche Ansätze wie CAD, die sich an herkömmliche CAM-Anwender richten. „Open Mind hat seine Basis hyperCAD-S (innerhalb von hyperMILL) als CAD-for-CAM-Modul konzipiert. Gängige CAD-Systeme bieten nicht immer die beste Benutzererfahrung für CAM-Anwender“, sagte Levine. „Der Fokus von hyperCAD-S liegt auf der Vereinfachung der Funktionen, die zur Steuerung eines CAM-Systems benötigt werden. Einige Beispiele sind Grenzauswahlen, Flächenerweiterungen und Filterauswahlen wie koplanar und koaxial sowie andere Funktionen zum Heilen und Neuanpassen von Oberflächen bei Bedarf.“

Open Mind ging dann noch weiter, um vordefinierte Sequenzen von CAD-Hilfsmitteln für den CAM-Benutzer und innerhalb der CAM-Strategien anzubieten, ohne dass die zugrunde liegende Auswahl erforderlich wäre, fügte er hinzu.

„In der Form- und Formindustrie beispielsweise sind scharfe Kanten entscheidend für die Verbindung von Kern- und Hohlraumgeometrie, um Grate während des Formprozesses zu vermeiden“, erklärte Levine. „Um eine saubere Kante zu erhalten und zu vermeiden, dass ein Fräser über eine Kante rollt, ist es vorteilhaft, diese Flächen zu verlängern und den Fräser richtig auf und von dem Teil zu führen.“

Das hyperMILL Modul Schlichten auf Z-Ebene beinhaltet eine automatische Tangentenverlängerung, um diesen Prozess für den Benutzer zu rationalisieren. Das Ergebnis sind bearbeitete Oberflächen und Kanten ohne aufwändige Auswahlen und zusätzliche Schritte im CAM-Programmierprozess.

Für komplexe mehrachsige Bearbeitungen sind Simulationen obligatorisch, und In-CAD-Simulationen sind im Vergleich zu einigen der teureren Simulationen von Drittanbietern auf dem Markt beliebt geworden. „Wir sehen weiterhin starke Trends hin zu komplexen Multitasking-Maschinen und einer zunehmenden Nutzung und Abhängigkeit von Maschinensimulationen“, sagte Remenak von GibbsCAM. „Maschinenwerkstätten konzentrieren sich auf den Erwerb von Software, die die beste Programmiereffizienz, die höchste Produktivität auf der Maschine und die stärksten Validierungstools mit bewährten, zuverlässigen Postprozessoren bieten kann.“

Post-Processing-Nixes-Umwege

Ohne gute Nachbearbeitung oder vollständiges CAD/CAM, das mit anderen Fertigungssoftwarelösungen funktioniert, können Benutzer unvorhergesehene Umwege erleiden. „Was ein CAM-System unserer Meinung nach ‚gut‘ macht, hängt von der Qualität seines Postprozessors und dem technischen Support des Anbieters ab“, sagte Mathews von DP Technology. „Wenn Programmierfragen schnell und genau beantwortet werden und das System guten Code produziert, wird die Programmierung vereinfacht und die Maschinenauslastung steigt, während sowohl die Einrichtungs- als auch die Zykluszeiten sinken.“

DP Technology drängt darauf, die beste verfügbare Nachbearbeitung und den besten technischen Support bereitzustellen, behauptet er und fügt hinzu, dass „die ESPRIT-Strategie darin besteht, eng mit den Werkzeugmaschinenherstellern zusammenzuarbeiten und einen digitalen Zwilling jeder CNC zu bauen, der werkseitig entwickelte Postprozessoren enthält, die für die Ausgabe ausgelegt sind maschinell optimierter, bearbeitungsfreier G-Code“, sagte Mathews. DP Technology unterstützt ESPRIT, indem es seinen nordamerikanischen Kunden durch ein engagiertes Team von ESPRIT-Anwendungsingenieuren Schulungen direkt im Werk und technischen Support anbietet.

Alles aus einer Hand

Komplettpakete können Anwender anziehen, die CAD/CAM aus einer Hand suchen, CAD/CAM mit Inspektion und Messtechnik oder mit PLM-, ERP- und MES-Lösungen kombinieren.

„Einer der neuesten Trends, die wir von unseren Kunden und neuen Interessenten hören, ist ihr Wunsch nach kompletten Fertigungslösungen und nicht nur CAD/CAM-Software“, sagte Nick Spurrett, Regional Director – Americas, Production Software, Hexagon Manufacturing Intelligence , North Kingstown, R.I. „Ihre Anfragen umfassen alles von einer MES-Lösung bis hin zu Lösungen, die sie bis hin zur vollständigen Verifizierung von Werkzeugmaschinen führen. Mit der Aufnahme von NCSIMUL und WORKPLAN richtet Hexagon Production Software unser Geschäft darauf aus, auf diese neuesten Trends zu reagieren.“

Hexagon Manufacturing Intelligence präsentierte kürzlich Demos seiner digitalen Produktionslösungen, die das Produktionssoftware-Portfolio bilden, das aus mehreren CAD/CAM-Titeln von Vero Software besteht, das vor einigen Jahren von Hexagon übernommen wurde, sowie NCSIMUL, einem High-End-Produkt Simulations- und Verifikationspaket zusammen mit den traditionellen Inspektionslösungen von Hexagon.

„Wir entwickeln alle unsere Fertigungsprodukte weiter, einschließlich einer schnelleren Erstellung von Werkzeugwegen und der Bereitstellung von Wellenformstrategien für die gesamte Produktpalette“, sagte Spurrett über die neu zusammengeführte Produktpalette. „Wir liefern auch Advanced Toolform-Technologie mit der Einführung der Fünf-Achsen-Bearbeitung für jede Werkzeugform.“ Er merkte an, dass fünfachsige Werkzeugformen wie tonnenförmige, ovale, parabolische oder beliebige andere Formen über die Teiloberflächen berechnet werden können, einschließlich negativer Versätze (Zugaben).

„Design for Manufacturing ist eine der Schlüssellösungen, die wir in den letzten 12 Monaten eingeführt haben“, fügte Spurrett hinzu. „Wir bieten eine CAD for CAM- oder CAD for Machine Shops-Lösung für Unternehmen, die die erhaltenen CAD-Daten nutzen möchten – oder in einer CAD-Umgebung arbeiten möchten, die eine Maschinenwerkstatt oder ein CNC-Programmierer nutzen kann Es bietet die Art von Funktionalität, die sie speziell für die Fertigung benötigen. Die Verwendung der direkten Modellierung ermöglicht es dem Benutzer, die Geometrie direkt zu modifizieren, indem Teile des Modells nach Belieben verschoben oder gezogen werden.“