3D-Modellierung und Simulation: Katalysatoren für Fertigungsprozess-Innovation

Interview mit John Graham: SpaceClaim 3D-Modellierung für Fertigung

Manufacturing Engineering: Wie hilft Ansys' SpaceClaim 3D-Modellierungssoftware Herstellern, Designs zu straffen und Fertigungsproduktivität zu steigern?

John Graham: Wenn man an Produkte denkt, die gefertigt werden, ist der Startpunkt typischerweise ein 3D-Modell. Damals, als 3D-Modelle nicht immer existierten, programmierte ein Zerspaner ein 2D-Modell in eine Maschine, und die verschiedenen Achsen bewegten sich und schnitten die Teile. Aber die Dinge werden und werden komplexer, da wir die Grenzen der Technologien verschieben. Geometrie wird fast immer für das Schneiden von Teilen benötigt. Aber es hat sich gezeigt, dass Geometrie zum Flaschenhals in der Fertigung von fast allem werden kann. Das gesamte Ziel von SpaceClaim im Fertigungsbereich ist es, diese Geometrie-Flaschenhälse zu beseitigen. Es ergibt keinen Sinn, wenn ein Unternehmen Zeit damit verbringt, ein 3D-Modell zu manipulieren, während eine Maschine untätig ist. Sie schneiden keine Teile. Man muss kein dedizierter CAD-Benutzer sein, um eine Datei in SpaceClaim zu modifizieren oder zu reparieren. Es gibt Leuten die Flexibilität, Dateien so zu bearbeiten, wie sie wollen. Das Ergebnis ist, dass Leute in der Werkstatt sich auf das Schneiden von Teilen und das Herausbringen von Teilen konzentrieren können, anstatt mit Datei-Bereinigung herumzuspielen.

ME: Ihr Unternehmen hat SpaceClaim vor einigen Jahren übernommen; wie lief der Übergang mit der Erweiterung der 3D-Modellierung für Ansys' Simulationskunden?

Graham: Schon vor Ansys' Übernahme von SpaceClaim gab es eine gut funktionierende Partnerschaft. Es gab jedoch nicht ganz die Synergie, die es jetzt gibt. Es gab Verwirrung darüber, welche Produkte zu verkaufen sind und wo genau SpaceClaim hineinpasst. Viele sahen den Nutzen, aber zeitweise konkurrierte es fast mit einem anderen Ansys-Produkt. Ansys erkannte, dass die Technologie hinter SpaceClaim bahnbrechend war und viele Geometrie-Flaschenhälse im Analysebereich lösen konnte. Der Bedarf an einer Technologie wie SpaceClaim war riesig. Schnell vorwärts zu heute, wo es eine mehrheitlich einheitliche Strategie hinter SpaceClaim gibt, die in den gesamten Simulationsraum passt. Es durchdringt immer mehr die Simulation, und Ansys hat SpaceClaim als die Front-End-Geometrie-Technologie der Wahl angenommen, um jedes Modell für die Analyse zu manipulieren und vorzubereiten. Deswegen nehmen immer mehr Leute SpaceClaim und Simulation an.

ME: SpaceClaim adressiert mehrere Schlüsselbereiche, die für Hersteller kritisch sind; wie hat es Benutzern im Reverse Engineering geholfen?

Graham: Reverse Engineering geht Hand in Hand mit 3D-Druck. Vor Jahren waren die Reverse-Engineering-Fähigkeiten in SpaceClaim minimal. Man konnte Mesh-Dateien öffnen, betrachten und vielleicht eine gegebene Facette referenzieren. Um die heutigen Fähigkeiten zu schätzen, muss man sich eines Missverständnisses am Markt bewusst sein: dass Reverse Engineering eine einfache Dateiübertragung ist: ein paar Knöpfe drücken, einige Translationen passieren, und heraus kommt eine saubere CAD-Datei – ähnlich wie das Übersetzen einer Sprache. Da steckt viel mehr dahinter, was der Durchschnittsmensch, der Reverse Engineering braucht, einfach nicht verstand. SpaceClaim begann, wunderbare Tools zu entwickeln, wo Reverse Engineering von Dateien näher an ein paar Knopfdrücke heranreicht. Viel Funktionalität wurde in ein Tool gepresst, das Mesh-Daten im Wesentlichen autosurfaced. Benutzer können schnell saubere Oberflächen und Volumenkörper für nachgelagerte Anwendungen erstellen.

ME: Welche anderen Schlüsselfunktionen bietet die Software für additive Fertigung, die ein explosionsartiges Interesse in der Fertigung sieht?

Graham: Vor ungefähr einem Jahrzehnt, als SpaceClaim auftauchte, war es bahnbrechend. Es brachte eine neue Technologie namens Direct Modeling auf ein ganz neues Level und machte 3D-Modellierung für jeden Ingenieur zugänglich. Heute sehen Sie, wie einige Solid-Modeling-Fähigkeiten in den Faceted-Data-Bereich Einzug halten, ähnlich wie vor einem Jahrzehnt. Zum Beispiel können Sie ein paar Facetten greifen und verschieben, oder an dem ziehen, was wie ein Loch aussieht, und den Durchmesser vergrößern oder verkleinern. Sie können SpaceClaim nutzen, um facettierte Daten zu reparieren oder Boolesche Operationen durchzuführen, ähnlich wie bei CAD-Dateien. In gewisser Weise vergleiche ich die Arbeit in SpaceClaim mit der Arbeit in digitalem Ton. Jeder kann visualisieren, was er will, und SpaceClaim macht die Digitalisierung davon zur Realität.

Ein weiterer wichtiger Aspekt von SpaceClaim im 3D-Druck-Bereich ist Optimierung. SpaceClaim hat die Fähigkeit, jede Art von Datei zu hohlen und eine Infill-Struktur hinzuzufügen. Dies balanciert das Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Es kann auch ein STL glätten, mit einem Tool namens Shrinkwrapping, indem es im Wesentlichen eine Decke darüber legt und kleine Unregelmäßigkeiten oder Spitzen im Modell ignoriert.

ME: Die Software bietet mehrere Anbindungen an weit verbreitete Fertigungswerkzeuge, wie CAM-Software wie Mastercam, Esprit und GibbsCAM. Können Sie beschreiben, wie das funktioniert?

Graham: Ein großer Teil von SpaceClaims Integration mit CAM-Tools ist ein straffer Datenfluss. Übersetzungen von einem System in ein anderes verursachen oft Probleme. Die SpaceClaim-Integration mit CAM-Systemen eliminiert im Wesentlichen Datentranslationsprobleme. Eine Funktion, die Leute an den Integrationen lieben, ist Dateireparatur. Jemand öffnet eine Kundendatei in einem CAM und kann keinen Werkzeugpfad erstellen. Sofort können sie über diese Integrationen die Datei an SpaceClaim senden und nicht nur reparieren, sondern kleine Features oder Radien entfernen. Die Integrationen zwischen diesen Systemen öffnen die Fähigkeiten, was Leute mit STL-Dateien machen können. Einige CAM-Produkte exportieren STL-Dateien nach verschiedenen Schritten. Mit SpaceClaim könnten Sie diese Datei nutzen und Vorrichtungen bauen oder sie mit Crash-Detektionssystemen verwenden.

ME: Wie kritisch ist 3D-Modellierung für Nutzer im Fertigungsbereich?

Graham: Aufgrund dessen, wo Fertigungstechnologie heute steht, benötigt man im Allgemeinen ein 3D-Modell. Und nicht irgendein Modell, sondern ein sauberes, um Garbage-In/Garbage-Out zu vermeiden.

ME: Welche Synergien hat SpaceClaim mit dem Reichtum an Simulationsangeboten von Ansys, einschließlich CAE-Tools mit Computational Fluid Dynamics (CFD) und Finite Element Analysis (FEA)?

Graham: Schon vor der Übernahme von SpaceClaim gab es eine Arbeitsbeziehung mit SpaceClaim und dem CAE-Bereich. Seit der Übernahme hat sie nur zugenommen. Das Rückgrat hinter allen Ansys-Produkten heißt Ansys Workbench. Jedes einzelne Produkt wird in Workbench eingesteckt, und das ist bei SpaceClaim keine Ausnahme. Wenn Sie ein Modell haben, aus dem Sie eine Mittelfläche extrahieren oder ein Volumen für CFD-Zwecke extrahieren wollen, wird alles, was produziert wird, in Workbench für nachfolgende Simulationsoperationen übertragen.

Ansys hat ein relativ neueres Produkt namens Ansys AIM, in dem SpaceClaim das Geometrie-Rückgrat ist. Es ist für Design-Ingenieure optimiert und hat nur eine Benutzeroberfläche. Sie können mit jedem CAD-Tool Ihrer Wahl starten, dann direkt zur Simulation gehen. Oder mit einer SpaceClaim-Datei beginnen, dann simulieren. Sie können auch ein Modell importieren, SpaceClaim zum Bearbeiten nutzen, dann simulieren. Dieses Tool wurde mit Design-Ingenieuren im Hinterkopf gebaut und kann sicherlich im Fertigungsbereich eingesetzt werden. Es zeigt weiter die Wichtigkeit von SpaceClaim für Simulation in Ansys-Produkten.

ME: Wie sieht das aktuelle Geschäftsklima für Fertigungsnutzer in Ihrem Softwarebereich aus?

Graham: Der Fertigungsbereich ändert sich seit Jahren ständig. Früh in meiner Karriere erstellte ich detaillierte Designrepräsentationen und war etwas darauf beschränkt, Teile zu machen, die CNC-gefräst würden, aber nichts zu Komplexes. Aber die Dinge haben sich immer mehr entwickelt. Denken Sie an 5-Achs-Bearbeitung. Das hat verschoben, was in Fertigung und Design gemacht wird. Sie können Teile herstellen, die viel komplexer sind und Kurven höherer Ordnung enthalten. Dann fügen Sie 3D-Druck hinzu. Wegen all dem können CAD-Software und Geometrie-Editoren nicht statisch sein. Wenn sie es sind, werden sie die Marktanforderungen nicht erfüllen. Genau wie sich Technologien ändern, muss es eine Evolution der Werkzeuge geben, die Menschen nutzen. Ich glaube, mit der gestiegenen Nachfrage und technologischen Verbesserungen im 3D-Druck werden Sie additive Fertigung zunehmen und die Nachfrage nach subtraktiver Fertigung abnehmen sehen. Irgendwann wird ein stabiles Gleichgewicht erreicht. Und nicht nur versuchen Leute, Dinge zu 3D-drucken, sondern Leichtbau wird durch Technologien wie Topologieoptimierung wichtiger. Werkzeuge müssen mit der Nachfrage Schritt halten. Ich glaube, SpaceClaim hat da einen ausgezeichneten Job gemacht, und Sie werden mehr Fähigkeiten an SpaceClaim angebunden sehen, wenn sich Marktanforderungen ändern.

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Software Update wird herausgegeben von Senior Editor Patrick Waurzyniak.