Interview mit ANSYS-Cheftechnologe: Wie Simulation den Erfolg im Metall-3D-Druck sichert

Metall-3D-Druck birgt einzigartige Herausforderungen – thermischer Verzug, Eigenspannungen, Rissbildung und Verzug –, die einen Bau zum Scheitern bringen können. Simulationssoftware ist essenziell, um diese Risiken vorherzusagen und zu mindern, bevor ein Teil den Drucker verlässt.

Durch Simulation sowohl des Teils als auch des Druckprozesses können Ingenieure potenzielle Fehlerarten frühzeitig identifizieren, Designs verfeinern und Prozessparameter optimieren, was die Anzahl fehlgeschlagener Builds drastisch reduziert.

ANSYS, ein 1 Milliarde Dollar schwerer Marktführer in Engineering-Simulation, ist mit seiner Additive Suite in die additive Fertigung eingestiegen – einem integrierten Set aus Metall-Simulation und fortschrittlichen Designtools. Durch strategische Übernahmen, darunter die Metall-Simulationsfirma 3DSIM und der Materialdatenanbieter Granta Design, erweitert ANSYS seine Fähigkeiten für Metall-3D-Druck rasant.

Diese Woche sprachen wir mit Dave Conover, ANSYS’ Chief Technologist of Additive Manufacturing, um zu erfahren, wie das Unternehmen Ingenieure durch die Komplexität des Metall-3D-Drucks führt, die aktuelle Marktsituation und wie Neueinsteiger starten können.

Welche Probleme adressiert ANSYS in der additiven Fertigung?

ANSYS liefert traditionell Simulationswerkzeuge, die vorhersagen, wie sich ein Produkt im realen Leben verhält. Mit dem Aufkommen additiver Fertigung erkannten wir einen parallelen Bedarf: die Simulation des Fertigungsprozesses selbst. Probleme wie Bauteilverzug, Rissbildung und Eigenspannungen können in der Designphase quantifiziert und gemindert werden.

Unsere Additive Suite umfasst nun Prozesssimulation, Designoptimierungstools wie Topologieoptimierung und Gitterstrukturdesign – Fähigkeiten, die der traditionellen Fertigung zuvor nicht zur Verfügung standen.

Wie funktioniert ANSYS’ Additive Suite?

Die Suite ist in drei Kernlösungen organisiert:

• Additive Print – Für Maschinenbediener und Designingenieure konzipiert, prognostiziert dieses Tool schnell Verzug und bietet Kompensationsstrategien für einen erfolgreichen Build.
• Additive Design – Ermöglicht Designern die Simulation des Prozesses, sodass sie Teile unter Berücksichtigung der einzigartigen Restriktionen von Metall-AM iterieren können.
• Additive Science – Befähigt Materialwissenschaftler und Prozessingenieure, Maschineneinstellungen feinabzustimmen, Porosität zu reduzieren und gewünschte Mikrostrukturen zu erreichen.

Diese komplementären Tools decken den gesamten Workflow ab – vom Design über Maschinenbetrieb bis zur Prozessoptimierung.

Welche Branchen profitieren am meisten von ANSYS’ Simulationssoftware?

Luftfahrt bleibt ein primärer Adopter, dank der Leichtbaukapazitäten der Technologie und ihrer Fähigkeit, komplexe, multifunktionale Komponenten zu produzieren. Biomedizinische Technik nimmt Metall-AM ebenfalls rasant für individuelle Implantate und Prothesen an. Darüber hinaus erkunden viele Sektoren – von Automotive bis Energie – Metall-3D-Druck, um Wettbewerbsvorteile zu erlangen oder Werkzeugkosten für Kleinserien zu senken.

Wie nutzt der biomedizinische Sektor Metall-AM, und wo passt Simulation hinein?

Individuelle Implantate und Prothesen sind die Kernanwendung im biomedizinischen Bereich. Simulation spielt eine zentrale Rolle, indem sie thermischen Verzug vorhersagt, sodass das finale Teil im Design vorverzerrt werden kann und so eine perfekte Passform für jeden Patienten gewährleistet ist.

Welche Limitationen bestehen in aktueller Simulationssoftware noch?

Metall-AM ist inhärent komplex: Laser interagieren mit Pulver auf Arten, die sich schwer vollständig in einem Modell erfassen lassen. Daher basieren die meisten Simulationen auf vereinfachenden Annahmen, die die Genauigkeit begrenzen. Laufende weltweite Forschung verbessert jedoch schnell die Modelltreue.

Wann können wir präzisere Simulationen erwarten?

Wir erwarten signifikante Fortschritte innerhalb des nächsten Jahres, mit neuen Tools, die detailliertere Prozessphysik einbeziehen und gegen experimentelle Daten validieren.

Warum übernahm ANSYS 3DSIM 2017?

Unsere Kunden setzten bereits auf Metall-AM und benötigten End-to-End-Support – vom Design bis zum Prozessverständnis. 3DSIMs Expertise in Prozesssimulation und Mikrostrukturmodellierung ergänzte unsere Stärken und ermöglichte uns, umfassende Lösungen schnell zu liefern.

Wie wird die Übernahme von Granta Design ANSYS’ AM-Fähigkeiten verbessern?

Granta Design fungiert als PLM für Materialdaten. Durch Integration ihrer Datenbank können Nutzer validierte Materialeigenschaften und Maschineneinstellungen einfach in ANSYS-Simulationen importieren, was Konsistenz und Genauigkeit über den gesamten Workflow sicherstellt.

Gibt es weitere Partnerschaften am Horizont?

Wir erweitern unser Ökosystem kontinuierlich. Jüngste Schritte umfassen den Erwerb eines Optikunternehmens zur Unterstützung von Lichtsimulation für Autonomes-Fahren-Forschung und die Erkundung weiterer Kooperationen, die Lücken in der AM-Wertschöpfungskette schließen.

Welchen Rat geben Sie Unternehmen, die Metall-3D-Druck einführen wollen?

Starten Sie mit der Identifikation von Teilen, die klaren kommerziellen Wert liefern, und erwägen Sie Partnerschaften mit erfahrenen 3D-Druck-Dienstleistern für Prototyping. Investieren Sie in Training und Prozessdokumentation; die Technologie reift schnell, aber Expertise ist kritisch. Geduld ist der Schlüssel – rechnen Sie mit einer Lernkurve, bevor volle Produktionsparität mit konventioneller Fertigung erreicht wird.

Wie ist der aktuelle Status des Metall-3D-Drucks?

Die Branche hat den initialen Hype hinter sich gelassen und befindet sich in einer Phase realistischer Erwartungen und stetigen Wachstums. Während Adoptionsraten variieren, steigen die Verkäufe von Metall-Druckern, und die Technologie wird in Luftfahrt, Medizintechnik und anderen High-Value-Sektoren Mainstream.

Welche Herausforderungen müssen gelöst werden, um die Adoption zu beschleunigen?

Wesentliche Hürden sind die Reifung der Maschinentechnologie, Standardisierung von End-to-End-Workflows und Straffung von Nachbearbeitungsschritten wie Wärmebehandlung. Die weitere Konsolidierung des fragmentierten AM-Ökosystems wird die Integration für kleine und mittlere Unternehmen vereinfachen.

Abschließende Gedanken?

Metall-AM entwickelt sich rasant, erfordert aber weiterhin kollaborative Anstrengungen über Anbieter, Forscher und Anwender hinweg. Bei ANSYS sind wir verpflichtet, Simulationswerkzeuge und Branchenforschung voranzutreiben, um additive Fertigung so routinemäßig zu machen wie Zerspanung heute.

Mehr über ANSYS und seine Simulationslösungen erfahren: https://www.ansys.com/