CAD-Effizienz in der additiven Fertigung maximieren

Die Hauptphasen der additiven Fertigung sind Design und der Fertigungsprozess. Praktisch wird die Designarbeit in einer Computer-Aided-Design-Suite (CAD) wie SolidWorks (und anderen) durchgeführt, während die physische Produktionsphase – also der 3D-Druck – durch Exportieren der CAD-Datei (z. B. SLDPRT) in STL, ein Format, das von 3D-Druckern mit 3D-XML-Viewer gelesen werden kann, ermöglicht wird.

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

Für Ingenieurteams und Hersteller gleichermaßen hängt die Produktivität von der Effektivität ihrer Designtools ab – sei es die Qualität ihrer CAD-Suiten oder ihre Fähigkeit, mit Parteien zusammenzuarbeiten, die andere CAD-Suiten verwenden. Zum Beispiel ist die Zeit, die für Dateiheilung und das Umgehen technischer Probleme bestimmter Dateiformate (wie STL) aufgewendet wird, Zeit, die zur Time-to-Market hinzukommt.

In diesem Beitrag 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 in CAD. SolidWorks gehört zu den beliebtesten CAD-Suiten auf dem Markt. Es wird verwendet, um ein Produkt zu entwerfen – sei es als Sammlung einzelner Teile oder als ganzes System – sowie um seine Designattribute vor der Fertigung zu testen und zu qualifizieren.

Was ist STL?

STL (kurz für STereoLithography oder Standard Tessellation Language) wurde 1987 eingeführt, um Stereolithografie-3D-Druckern das Lesen von CAD-Dateien zu ermöglichen. Wie IGES wird STL heute in der 3D-Druckbranche weit verbreitet eingesetzt, insbesondere als Mittel, um Teams mit unterschiedlichen CAD-Suites eine problemlose Interoperabilität im Rahmen eines umfassenderen Produktentwicklungsprojekts zu ermöglichen.

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Den Engineering-Workflow verstehen

Design

Der Engineering- und Produktentwicklungs-Workflow beginnt in einer CAD-Suite. Heutige CAD-Anwender können eine Vielzahl von Tools 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 Tools, um Blech, Formen, Schweißkonstruktionen und Freiformflächen in die Kernentwurfsarbeit einzubinden. Mit anderen Worten: Die CAD-Designdatei könnte das beabsichtigte reale Produkt mit vollständiger Genauigkeit widerspiegeln.

SolidWorks ermöglicht Ingenieuren auch, ihre Designarbeit auf unterschiedliche Weise anzugehen. Zum Beispiel kann ein Ingenieur, der mit Fertigbarkeit im Hinterkopf entwirft, einzelne Teile als SLDPRT-Dateien entwerfen, speichern und abrufen und diese SLDPRT-Dateien zu einer SLDASM-Datei zusammenfügen (siehe diesen Artikel, um die Unterschiede zwischen SLDPRT- und SLDASM-Dateien zu verstehen).

Analyse

Die Fähigkeit, CAD-Dateien mit dem beabsichtigten realen Design – wie Ästhetik, Oberflächengeometrien, Mechanik, Farben und Materialien – zu erstellen, eröffnet Designteams auch die Möglichkeit, die Machbarkeit des Designs virtuell zu testen und zu verifizieren (also vor physischem Prototyping).

Zugegeben, die Qualität der Analyse – die Simulation und Visualisierung umfasst – hängt von den Fähigkeiten der CAD-Suite ab (SolidWorks beinhaltet diese Funktionen). Simulation ermöglicht es Designern, ihren Prototyping-Bedarf und physische Testkosten zu reduzieren, indem sie Designprobleme während der Kernentwurfsphase identifizieren und korrigieren.

Zum Beispiel umfassen SolidWorks-Analysetools, die die Finite-Elemente-Methode (FEM) verwenden, im Standard-Tier statische lineare, zeitbasierte Bewegungs- und Hochzyklus-Ermüdungssimulation. In höheren Stufen können Ingenieure die Haltbarkeit, Topologie, Eigenfrequenzen ihrer Designs bestimmen und eine Reihe von nicht-linearen statischen und nicht-linearen dynamischen Tests durchführen.

Vorbereitung

Mit heutigen CAD-Suites sollte die physische Prototyping- und Testphase in Bezug auf Zeit- und Finanzressourcen kürzer sein. Designer müssen jedoch die ursprüngliche CAD-Datei im Allgemeinen in STL exportieren, damit 3D-Drucker die ursprüngliche Designdatei richtig interpretieren können.

Die Konvertierung in STL hat Vor- und Nachteile. Einerseits ermöglicht sie sicherlich, eine in CAD erstellte ursprüngliche Designdatei über 3D-Druck zu fertigen. Allerdings liest STL nicht die Farben, Texturen und anderen Designelemente (einschließlich Metadaten) des ursprünglichen Designs.

Zudem werden Änderungen an der STL-Datei nicht automatisch in der ursprünglichen Designdatei in CAD widergespiegelt; vielmehr ist der Prozess einseitig, wobei Änderungen an der CAD-Datei vorgenommen werden müssen, damit sie sich in der STL-Datei widerspiegeln. Dies fügt dem Prototyping-Prozess eine zusätzliche Ineffizienzsschicht hinzu (was die in CAD durchgeführte Simulations- und Visualisierungsarbeit umso wichtiger macht).

Schließlich muss die Verfeinerung mit STL-Dateien sorgfältig erfolgen. Zwar könnten Sie die STL-Datei in ASCII kodieren und daran arbeiten, die Anzahl der Dreiecke zu erhöhen, um die Grobheit zu verringern, aber Sie riskieren, die Größe Ihrer STL-Datei drastisch aufzublähen, sodass sie für 3D-Drucker zu groß zum Lesen wird.

Drucken

Heute machen die breite Akzeptanz und die technische Reife von STL es zu einer Notwendigkeit für den 3D-Druck.

Um STL zu ersetzen, arbeitet das 3MF-Konsortium (zu dessen Gründungsmitgliedern Dassault Systèmes, die Muttergesellschaft von Spatial, gehört) daran, die additive Fertigungsbranche zur Einführung von 3MF zu bewegen.

Das neue Format verwendet ASCII in XML, um 3D-Druckern das Lesen von CAD-Designdateien in voller Genauigkeit zu ermöglichen – also 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 langfristiger Faktor. Bis heute ist STL immer noch das dominierende Dateiformat in der additiven Fertigungsbranche. Entwickler von Anwendungen und Hardware für den 3D-Druckbereich müssen die Handhabung von STL berücksichtigen.

Warum 3D InterOp nutzen

Da STL ein wesentliches Element zur Überbrückung der Design- und Produktionsphasen im 3D-Druck ist, ist es entscheidend, dass Endanwender die für Dateiheilung (d. h. von CAD nach STL) aufgewendete Zeit minimieren können, sei es von SolidWorks oder anderen CAD-Suites. Tatsächlich ist Interoperabilität essenziell, da nicht jeder Engineering-Workflow SolidWorks verwendet.

Spitals 3D InterOp Software Development Kit (SDK) befähigt Anwendungsentwickler, Interoperabilität in ihre Angebote für additive Fertigungsunternehmen zu integrieren. Sei es für 3D-Drucker oder für Anwendungen, die verschiedene CAD-Dateiformate anzeigen sollen – 3D InterOp ermöglicht es Ihnen, Ihre Angebote schnell mit den Baseline-Anforderungen der additiven Fertigungsbranche auszustatten.

Sie benötigen diese Fähigkeiten, und obwohl ihre Hinzufügung möglich ist, würde dies lediglich Ihre Time-to-Market und Kosten erhöhen. Kontaktieren Sie Spatial noch heute, um diese Standardfunktionen schnell zu integrieren und Ihre begrenzten Unternehmensressourcen auf Differenzierung und Beschleunigung der Markteinführung zu konzentrieren.