Additive Fertigungsdesign mit Autodesk PowerMill 2019's neuem DED-Plug-In beschleunigen

Manufacturing Engineering: Das neueste PowerMill 2019 Update von Autodesk fügt ein neues additives Plug-In-Modul hinzu. Können Sie dieses „hochrate“ additive Fertigungssystem beschreiben und wie es funktioniert?

Clinton Perry: PowerMill 2019 bietet eine dedizierte Suite von Tools zur Programmierung hochrate-additiver Prozesse – allgemein bekannt als Directed Energy Deposition [DED]. Der DED-Prozess nutzt eine CNC-Werkzeugmaschine oder einen Industrieroboter, der eine Energiequelle – typischerweise Laser, Lichtbogen oder Elektronenstrahl – auf einen Punkt im Raum fokussieren kann. Gleichzeitig wird Material [entweder in Metallpulver- oder Drahtform] in den „Hot Spot“ eingebracht. Die Energiequelle bewirkt, dass das Material schmilzt und eine flüssige Schmelze bildet. Indem man diese Schmelze manövriert, ist es möglich, 3D-Formen aufzubauen – und das in hochkontrollierter Weise.

Wer mit Pulverbett-3D-Druckern vertraut ist, weiß, dass sie unglaublich komplexe 3D-Formen produzieren können. Die zugrunde liegende Technologie bedeutet jedoch, dass sie in Bezug auf Materialauftragsraten und die Größe der herstellbaren Teile begrenzt sind. Diese Einschränkungen haben die Einführung dieser Form der additiven Fertigung in bestimmten Branchen und Anwendungen beeinflusst.

Im Vergleich nutzt der DED-Prozess höhere Leistungsniveaus und Materialflussraten, was zu wesentlich höheren Auftragsraten führt und es ermöglicht, Teile schneller aufzubauen. Zusätzlich bedeutet der größere Arbeitsraum, den CNC-Maschinen und Roboter bieten, dass DED signifikant größere Teile bauen kann. Diese beiden Schlüsselfunktionen machen DED zu einer kosteneffektiven Lösung für die Herstellung großer Komponenten, wie sie häufig in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugung usw. vorkommen.

Das Steuern eines DED-Prozesses erfordert hochspezialisierte Werkzeugwege, die exakt kontrollieren, wie und wo Material abgeschieden wird, während jeglicher lokaler Überbau vermieden wird. PowerMill 2019 sieht die Bereitstellung einer dedizierten Suite von Tools zur Erstellung, Steuerung und Simulation von Abscheidestrategien vor, um Herstellern zu helfen, das Potenzial von DED auszuschöpfen.

ME: Welche Vorteile bieten hybride CNC/AM-Maschinen gegenüber reinen CNCs oder traditionellen additiven Systemen?

Perry: Die meisten Mainstream-CNC-Werkzeugmaschinenhersteller haben begonnen, hybride Maschinen anzubieten, die sowohl additive als auch subtraktive Technologie liefern können. Es gibt einige offensichtliche Vorteile; eine einzelne hybride Werkzeugmaschine beansprucht weniger Stellfläche, hilft, die Teileeinrichtzeit zu reduzieren, und minimiert das Risiko menschlicher Fehler. Die eigentlichen Vorteile sind jedoch viel fundamentaler.

Bei separaten additiven und subtraktiven Workflows wird ein Teil typischerweise vollständig abgeschieden, bevor es zur Präzisionsfräsung auf eine CNC-Maschine übertragen wird. Während dies auch mit hybriden Maschinen möglich ist, bedeutet größere Flexibilität, dass die beiden Prozesse auf alternative Weise kombiniert werden können.

Zum Beispiel kann ein Teil teilweise abgeschieden werden, bevor CNC-Fräsen kritische Merkmale bearbeitet. Die Aufbau- und Schneidphasen werden dann abwechselnd fortgesetzt, bis das Teil fertig ist. Die Kombination der Technologien auf diese Weise ermöglicht es hybriden Maschinen, Teile herzustellen, die mit separaten Maschinen nicht hergestellt werden können.

Ein bemerkenswertes Beispiel wurde kürzlich in Autodesks UK Advanced Manufacturing Facility vorgestellt, wo eine Hamuel Reichenbacher HSTM 150 HD Hybridmaschine verwendet wurde, um einen beschädigten Luftfahrtkompressor-Diskus zu reparieren. Der Prozess begann mit dem CNC-Fräsen der beschädigten Schaufelspitzen auf dem Diskus, bevor ein Laser und Pulverform von DED genutzt wurden, um Titan abzuscheiden, um das weggefräste Material zu ersetzen. Schließlich nutzte die Maschine hochpräzises Tasten, um zu messen und das überschüssige Material per CNC-Fräsen zu entfernen, was eine nahezu perfekte Verbindung zwischen altem und neuem Material hinterließ.

ME: Das neue PowerMill Additive System zielt sowohl auf Drei- und Fünf-Achsen-Bearbeitungssysteme als auch auf Roboter ab. Wie unterscheidet es sich bei der Nutzung mit CNCs oder Robotern?

Perry: Was die Werkzeugwegerstellung betrifft, gibt es keinerlei Unterschiede. PowerMill's additive Werkzeugwege können auf einer CNC-Werkzeugmaschine oder einem Roboter ausgeführt werden. Eine Reihe von additiven Strategien wird für folgende Anwendungen bereitgestellt:

• Erstellen von 2D-Werkzeugwegen zum Aufbau vollständiger, prismatischer Formen.
• Erzeugen von Drei- oder Fünf-Achsen-Strategien zum Hinzufügen lokalisierter Merkmale zu bestehenden Teilen [z. B. Anbringen von Laschen an der Seite eines Aero-Engine-Gehäuses].
• Generieren von Drei- oder Fünf-Achsen-Bewegungen zum Auftragen von Beschichtungen auf Teile, entweder vollständig oder in lokalisierten Bereichen [z. B. Hinzufügen einer verschleißfesten Beschichtung auf ein Teil, das hohen Abrieb erfährt].

Die additiven Strategien werden in derselben Schnittstelle erstellt wie für die Erzeugung subtraktiver Werkzeugwege. Das bedeutet, sie können mit PowerMill's Werkzeugweg-Bearbeitungstools optimiert werden. Zusätzlich erlaubt PowerMill die Bearbeitung wichtiger Prozessparameter wie Laserleistung, Pulverflussrate und Gasfluss auf Punkt-für-Punkt-Basis.

Sobald Werkzeugwege erzeugt und optimiert wurden, können sie mit einem virtuellen Zwilling der CNC-Werkzeugmaschine/Roboter simuliert werden, was problematische Maschinenbewegungen wie Achsumkehr und/oder Überfahrten identifiziert und vermeidet.

Schließlich erlaubt PowerMill den Export von Werkzeugwegen zu Autodesk Netfabb Simulation für eine tiefere Analyse des gesamten Bauprozesses, einschließlich thermischer und spannungsbezogener Prüfung. Dies gibt Herstellern erhöhtes Vertrauen, dass der Bauprozess gute Teile produzieren wird.

ME: Welche Kunden oder welche Branchen oder Anwendungen nutzen das System?

Perry: AM bietet wesentliche Vorteile für viele Branchen, einschließlich Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas, Formen- und Werkzeugbau, Energieerzeugung, Motorsport und Marine. Der Hafen von Rotterdam ist einer der verkehrsreichsten Schifffahrtsknotenpunkte der Welt und ein Brennpunkt für große Schiffe, die Wartung benötigen. Wenn ein kommerzielles Frachtschiff im Dock gestrandet ist und auf ein Ersatzteil wartet, kann das buchstäblich Millionen Dollar an entgangenem Geschäft kosten. Der traditionelle Ansatz wäre, Lagerhäuser an Schlüsselstandorten weltweit zu bauen und mit Ersatzteilen zu füllen – für den Fall, dass sie gebraucht werden.

Das RAMLAB [Rotterdam Additive Manufacturing Lab] Team erkannte das Potenzial, DED und hybride Fertigung zu nutzen, um Ersatzteile auf Abruf zu produzieren, wann und wo sie gebraucht werden.

Ihr erstes Projekt sah die Erstellung einer Bronze-Legierungs-Propeller mit mehr als 5' [1,5 m] Durchmesser vor, der mehr als 400 kg Material erforderte. Der fertige Propeller wurde durch exhaustive Tests geführt, bevor er von der zuständigen Behörde als seetauglich zertifiziert wurde – ein Weltweit-Erstling für einen additiv gefertigten Propeller! Durch die Produktion von Teilen auf diese Weise kann RAMLAB die Zeit reduzieren, in der ein Frachtschiff außer Betrieb ist. Neben der Vermeidung von Millionen Dollar an Verzögerungen entfällt auch die Notwendigkeit eines Netzwerks voll bestückter Lagerhäuser.

ME: Welche anderen neuen Features werden Zerspaner in PowerMill 2019 für traditionelle Bearbeitung finden?

Perry: Die Software umfasst mehrere Verbesserungen für subtraktive Fertigung. PowerMill bietet seit vielen Jahren Fünf-Achsen-Kollisionsvermeidung, was bedeutet, dass Werkzeugwege erstellt werden können, die Kollisionen oder Beinahe-Kollisionen mit der Schneidwerkzeugbaugruppe vermeiden. In früheren Versionen konnte der Benutzer aus einer Reihe verschiedener Vermeidungsoptionen wählen. Die Wahl hing von der Form des zu bearbeitenden Teils und der verwendeten Strategie ab. PowerMill 2019 beinhaltet eine neue „automatische“ Werkzeugachsen-Schwenkoption, die auf allen Werkzeugwegtypen und allen Modellformen funktioniert. Dies macht es Programmierern einfacher, sicheren Fünf-Achsen-NC-Code zu erstellen, und ist besonders für Nutzer geeignet, die neu in der Fünf-Achsen-Bearbeitung sind.

PowerMill's Vortex High-Efficiency-Rauhstrategie wurde erweitert, um eine neue „from stock“ Option anzubieten. Basierend auf Autodesks adaptiver Freiräumfunktionalität erstellt dies Werkzeugwege mit Versätzen basierend auf der Form des zu bearbeitenden Rohmaterials und führt typischerweise zu reduzierten Zykluszeiten. In Tests wurde ein P20-Kerneinsatz mit der neuen „from stock“ Option und dem vorherigen „from model“ Werkzeugwegtyp bearbeitet. Die „from stock“ Option hatte eine um 33 % schnellere Zykluszeit.

ViewMill ist PowerMill's Werkstücksimulationswerkzeug. Es zeigt eine realistische Darstellung des Rohmaterials an jedem Punkt im Bearbeitungsprozess. Mit dem Release von PowerMill 2019 beinhaltet ViewMill einen neuen Dicken-Schattierungsmodus, der es Programmierern erleichtert, die Verteilung des unbearbeiteten Rohmaterials auf ihren Teilen zu visualisieren. Eine Reihe dynamischer Schieberegler erlaubt die Farbänderung der Simulation, um sofort fertig bearbeitete Oberflächen zu identifizieren, sowie Bereiche anzuzeigen, wo noch Material entfernt werden muss oder lokalisierte Bereiche, wo Einkerbungen aufgetreten sein könnten. Die Verbesserung gibt Programmierern größeres Vertrauen, dass Teile vollständig bearbeitet sind, wenn sie aus der Werkzeugmaschine entnommen werden.

PowerMill 2019 beinhaltet auch die Fähigkeit, kritische Fertigungsdaten an Autodesk Fusion Production zu exportieren, ein Cloud-basiertes Tool, das Herstellern erlaubt, Arbeit zu planen, Aufträge zu verfolgen und CNC-Maschinennutzung zu überwachen. Fusion Production ermöglicht es Schlüsselprojektbeteiligten, auf Schlüsselinformationen über den Status einer Fertigungsanlage zuzugreifen, Engpässe zu identifizieren, Prozesse zu überprüfen und zu verbessern und die Gesamteffizienz der Anlagen zu maximieren. Als Cloud-basiertes System erlaubt Fusion Production den Datenzugriff jederzeit, überall und auf praktisch jedem mobilen oder Desktop-Gerät.

Neue Releases

Messtechnik-Entwickler Hexagon Manufacturing Intelligence (North Kingstown, RI) hat sein PC-DMIS 2018 R1 Update der Messsoftware des Unternehmens veröffentlicht, das die erste von zwei für 2018 geplanten PC-DMIS-Veröffentlichungen umfasst.

PC-DMIS 2018 R1 erlaubt Benutzern, AutoFeatures in Punkte umzuwandeln oder die gemessenen Treffer für neue Konstruktionen und Dimensionen zu nutzen, verfügbar für Ebene, Kreis und Zylinder AutoFeatures, so das Unternehmen. Durch Umwandlung jedes Treffers in einen Vektorpunkt kann die Optimize-Path-Funktion genutzt werden, um die Reihenfolge der Punktmessung zu verbessern, die Anzahl der Tastkopfwechsel und die Gesamtmesszeit zu reduzieren. Neue Unterstützung für Q-DAS Traces ermöglicht einfachere Analyse von PC-DMIS-Daten. Die neue QuickSet-Steuerung erlaubt Benutzern, sowohl QuickFeature als auch GD&T Selection zu nutzen und dennoch die Fähigkeit zu behalten, Messstrategien zu modifizieren.

„Mit PC-DMIS 2018 R1 erfüllen wir unser Versprechen, die am meisten gewünschten Elemente aus dem Benutzer ‚Idea Center‘ hinzuzufügen“, sagte Ken Woodbine, Product Line Manager für Metrology Software bei Hexagon Manufacturing Intelligence. „Dazu gehören die grafische Punktmanipulationsfunktion und die ‚push-to-points‘ AutoFeature-Funktionalität. Wir führen auch Integration mit der branchenstandard Q-DAS-Software ein, damit Schlüsselprozessparameter, die Qualität beeinflussen, identifiziert und verfolgt werden können.“

Verbesserte Geschwindigkeit der QuickFeature-Messung ermöglicht Benutzern, mehrere Kreise und Zylinder mit einem Klick zu erstellen, optimiert für Bohrmuster oder wann immer Oberflächen mehrere Merkmale gleicher Größe und Form enthalten, so das Unternehmen. Das System führt auch verbesserte Flush- und Gap-AutoFeature-Workflows für Punktwolkeninspektion ein.

Eine iOS-Version von CorelCAD Mobile von Corel Corp. (Ottawa, ON) ist jetzt für iPhone und iPad verfügbar und bietet technischen Designern CAD-Fähigkeiten, um die Produktivität unterwegs zu steigern. Das neue CorelCAD Mobile für iOS gibt Benutzern jetzt Optionen für sowohl Apple-Geräte als auch Android-Mobilsysteme und bietet Außendienstmitarbeitern Zugriff auf 2D-Design- und Annotationswerkzeuge für Tablets und Smartphones.

CorelCAD Mobile ist ein eigenständiges CAD, das entwickelt wurde, um die CorelCAD 2018 Desktop-Anwendung für Windows und Mac zu ergänzen. CorelCAD Mobile Abonnenten erhalten einen Satz von 2D-Zeichen-, Bearbeitungs- und 3D-Ansichtswerkzeugen, vollständigen Annotationsfunktionen und mehr. Für Nutzer, die einen leichteren Funktionsumfang suchen, ist auch eine kostenlose Version mit vereinfachten Fähigkeiten verfügbar, einschließlich 2D- und 3D-DWG-Ansicht und grundlegender Annotation.

CorelCAD Mobile bietet Benutzern die Möglichkeit, Ideen unterwegs zu skizzieren, Designs zwischen Desktop und Mobile zu teilen, Meetings effizienter zu gestalten, Zeichnungen vor Ort zu annotieren und Änderungen an Zeichnungen nach Bedarf vorzunehmen. Die Software ist jetzt für iPhone und iPad im Apple App Store und für Android im Google Play Store verfügbar. Abonnements kosten 99,99 $ oder 9,99 $ pro Monat. Kostenlose Simple-Mode-Versionen sind ebenfalls verfügbar.

Das neueste WorkNC 2018 R1 CAM-Software-Update von Vero Software (Gloucester, UK, und Tuscaloosa, AL) beinhaltet nicht nur sein neues WorkNC Designer „CAD für CAM“ Direct Modeling CAD-System, sondern auch ein neues Robotermodul. Da Roboter auf dem Shopfloor immer häufiger werden, besteht ein zunehmender Bedarf, Offline-Programmierung für sie bereitzustellen, so WorkNC Brand Manager Miguel Johann.

„Neue Simulations- und Singularitätsauflösungstools in WorkNC 2018 R1 bedeuten, dass Nutzer die enormen Vorteile, die Roboter für den Fertigungsprozess bringen, voll ausschöpfen können“, sagte Johann. „Zum Beispiel befreien sie Werkzeugwege von den Limitationen des Fräsens, da das Werkzeug am Ende des Roboterarms auch ein Schleifer, ein Laserkopf, eine Schweißdüse oder jedes andere Werkzeug sein kann, das die Engineering-Kreativität sich vorstellen kann.“

Roboter erlauben auch, das Werkzeug festzulegen und das Teil darum zu bewegen, statt der traditionellen Methode eines festen Bauteils und bewegten Werkzeugs, sagte Johann. „Aber Roboter sind nur so gut wie die Software, die sie programmiert, und diese neueste Entwicklung in WorkNC 2018 R1 stellt sicher, dass Hersteller an der Spitze der Robotertechnologie sein können.“

WorkNC hat auch neue Funktionen, die in Waveform Roughing integriert sind und Effizienz und Leistung verbessern, einschließlich Unterstützung für neue Werkzeuge in trochoidalen Bearbeitungsstrategien.

Software Update wird von Senior Editor Patrick Waurzyniak redigiert.