3D-Druck-Software: Zuverlässige digitale Produktion vorantreiben

Die Fähigkeiten von 3D-Druck-Software wachsen, während die Branche weiter reift.

Historisch hinkte der 3D-Druck-Softwaresektor Hardware und Materialien hinterher. Jüngste Durchbrüche schließen diese Lücke jedoch und ermöglichen schnellere, qualitativ hochwertigere Produktion und effizienteres Workflow-Management.

Software ist der Dreh- und Angelpunkt für tragfähige 3D-Druck-Produktion. Im Folgenden untersuchen wir die Innovationen, die diesen Wandel treiben.

Verwandte Artikel:

• Wie sich der 3D-Druck-Hardwaremarkt 2021 entwickelt
• Die Evolution des 3D-Druck-Materialmarkts: Trends und Chancen
• Post-Processing für industriellen 3D-Druck: Wichtige Trends, die Sie kennen sollten

Design- & CAD-Software: Maßgeschneidert für additive Fertigung

Bis vor Kurzem waren Standard-CAD-Tools nicht für die einzigartigen Designregeln der additiven Fertigung (AM) optimiert. AM bietet beispiellose Designfreiheit, verlangt aber auch eine eigene Denkweise – Design for AM (DfAM) – um Material, Gewicht zu reduzieren und komplexe Geometrien zu nutzen.

Führende Anbieter – Autodesk, Altair, Dassault Systems und PTC – haben reagiert, indem sie AM-spezifische Funktionen in ihre Flaggschiff-CAD-Suiten integrierten.

Autodesks Netfabb, Teil einer großen AM-Investition, lässt Ingenieure beliebige CAD-Formate importieren, analysieren, reparieren und automatisch Stützstrukturen generieren, dann Modelle für die Produktion optimieren.

PTCs Creo 6.0 umfasst nun native Unterstützung für Leichtbau-Features wie stochastischen Schaum, konforme Gitter und benutzerdefinierte Gitterstrukturen. Es bewertet auch Bauausrichtung und Stützdesign, was Zeit bei Fertigung und Nachbearbeitung spart.

Erweiterte Designplattformen

nTopologys nTop Platform verbindet CAD, Simulation und CAM, um geometrieintensive Herausforderungen zu lösen. Ingenieure können Topologieoptimierung über mehrere Lastfälle durchführen – Spannung, Verformung, Steifigkeit, Gewicht – während die Software Teile direkt schichtet, fragile STL-Dateien eliminiert und maschinenfertige Daten ausgibt.

Hexagon integrierte über seine MSC Software-Division das deutsche Topologieoptimierungsunternehmen AMendate in MSC Apex Generative Design. Das Ergebnis ist ein schneller, automatisierter Designfluss, der in Stunden ein AM-bereites Teil liefert und die Produktivität gegenüber Legacy-Tools um bis zu 80 % steigert.

Jenseits von STL: Der Aufstieg von 3MF

STL bleibt das gängigste Dateiformat für 3D-Druck, verwirft aber Farbe, Textur und Design-Metadaten, und die Dateigröße kann bei komplexen Modellen explodieren. 3MF, entwickelt vom 3MF-Konsortium, bewahrt vollständige Designtreue und ist erweiterbar für neue Technologien.

Simulationssoftware: Fehler vorhersagen und verhindern

Simulationswerkzeuge sind essenziell, um den Trial-and-Error-Zyklus in AM zu eliminieren. Durch Modellierung des Materialverhaltens während des Baus zeigen sie optimale Teileausrichtung, Stützstrategien und Wärmemanagement auf und verbessern so First-Time-Right-Raten.

Metall-AM dominiert die Simulationslandschaft aufgrund seiner komplexen Physik – Laserpfad, Pulververhalten, Stützdesign. Führende Akteure – ANSYS, Siemens, Additive Works – bieten robuste Lösungen.

ANSYS Additive Prep, Teil der Additive Suite, generiert nun Heatmaps zur Vorhersage von Bauzeit-Verzerrungen, unterstützt Ausrichtungsoptimierung und kann direkt an die Maschine exportieren, wodurch der STL-Zwischenschritt entfällt.

Altairs Inspire Print3D zielt auf Selective Laser Melting ab und bietet integrierte Stützgenerierung, thermomechanische Simulation und Validierung von AM-bereiten Dateien.

Im Polymerbereich sagt MSCs e-Xstream Digimat-AM Verzug, Delamination vorher und unterstützt Multi-Material-Designs. Das neueste Digimat 2019.0 fügt faserverstärkte Materialmodelle von DSM, Solvay und Stratasys hinzu.

Zukünftige Trends werden Simulation mit Echtzeitüberwachung koppeln, um vorhergesagte Ergebnisse mit Live-Baudaten abzugleichen und die Druckzuverlässigkeit weiter zu steigern.

Additive Manufacturing Execution Systems (MES): Produktion skalieren

Da AM vom Prototyping zur Massenproduktion übergeht, benötigen Unternehmen Software, die Auftragseingang, Terminierung, Nachbearbeitung und Rückverfolgbarkeit managt. Dedizierte AM-MES-Lösungen entstehen, um diese Lücke zu füllen.

MES-Plattformen straffen Maschinenauslastung, automatisieren Workflows und bieten End-to-End-Transparenz. Wenige Anbieter bieten vollständig anpassbare, AM-spezifische MES-Systeme, was sie zu einem Premium-Angebot macht.

Maschinenkonnektivität

Die Integration von Druckern von EOS, HP und anderen auf einer einzigen Plattform – exemplarisch durch AMFGs MES – ermöglicht nahtlosen Datenaustausch, Rückverfolgbarkeit und Skalierbarkeit, die für die Industrialisierung essenziell sind.

Fortgeschrittene MES-Lösungen können auch STL-Dateien heilen, Modelle vorbereiten und QA-Management integrieren, sodass Nutzer gedruckte Teile mit Dokumentation vergleichen und Qualitätsstandards durchsetzen können.

Da AM-Workflows riesige Datenmengen generieren, können eingebettete KI-Algorithmen Engpässe aufdecken, Prozessverbesserungen vorschlagen und die Gesamtproduktivität steigern.

Qualitätssicherungs-Software: Von In-Prozess-Überwachung zur digitalen Zertifizierung

Traditionelle QA – zerstörende Prüfung oder CT-Scanning – sind kostspielig, langsam und verschwenderisch. In-Prozess-Überwachung, die Sensoren, Kameras und Analytik kombiniert, bietet eine effizientere Alternative.

Sigma Labs' PrintRite3D® Suite – INSPECT, CONTOUR und ANALYTICS – misst Schmelzbaddynamik, erkennt Anomalien und liefert umsetzbare Erkenntnisse. Sie bleibt eine der wenigen Drittanbieter-QA-Lösungen für Metall-AM.

Hersteller wie EOS (EOSTATE MeltPool) und VELO3D (Assure) integrieren ebenfalls QA-Tools, doch die Gesamtmarktpenetration ist noch begrenzt.

Mit wachsender Nachfrage nach schneller, zuverlässiger Teilevalidierung erwarten wir eine Proliferation von QA-Software, die Variation reduziert und Produktionszyklen beschleunigt.

AM-Software: Eine schnell reifende Landschaft

Historisch hinkte Softwareentwicklung für AM der Hardware hinterher. In den letzten Jahren jedoch gab es einen Anstieg innovativer CAD-, Simulations-, MES- und QA-Tools, alle darauf ausgelegt, AM zu einer echten digitalen Fertigungsplattform zu machen.

Der Schwung wird sich beschleunigen und AM-Software als Eckpfeiler zukünftiger Produktionsökosysteme positionieren.