Hohe Bauteilqualität durch 3D-Druck-Simulation in der Additiven Fertigung. Von der Topologieoptimierung bis zur Prozess-Simulation.
Einführung in die Simulation additiver Fertigung
Erschließen und evaluieren Sie mit Simulation die vielfältigen Möglichkeiten im AM-Fertigungsverfahren. Identifizieren Sie die kritischen Stellen der Bauteile und vermeiden Sie Fehldrucke durch frühzeitige Anpassungen am Bauteildesign oder beim Druckprozess.
3D-Druck
In den letzten Jahren ist der 3D-Druck von der Industrie entdeckt worden und zu einem regelrechten Hype geworden. Nicht nur im Automobilbau und in der Luft- und Raumfahrt werden additive Bauteile eingesetzt, auch kleine und mittelständische Firmen setzen immer mehr auf die additive Fertigung. Der Vorteil liegt dabei auf der Hand: Prototypen und auch Serienteile können innerhalb kürzester Zeit – meist innerhalb weniger Tage – gefertigt werden, ohne aufwändige Formen herzustellen. Aber auch das Integrieren vieler Funktionen in ein Bauteil oder das Zusammenfassen ganzer Baugruppen in ein additives Bauteil kann über die gesamte Prozesskette gesehen viel Zeit und Geld sparen.
Geschätzte Wachstumsrate bis 2023
Der Metall-3D-Druck ist eine Fertigungsmethode, bei der Bauteile hauptsächlich aus Pulver durch Hinzufügen kleinster Schweißbahnen (Hatches) Schicht für Schicht entstehen. Mit dieser Methode können Geometrien realisiert werden, die konventionell nicht oder nur mit hohem Aufwand herstellbar sind.
Wichtige Downloads im Überblick
- Prozesssicherheit beim Metall-3D-Druck (Deutsch) (204 KB)
- Durchgängige Lösung für die additive Datenvorbereitung (Deutsch) (567 KB)
- Alles schon verpulvert? - Prozessoptimierung in der Additiven Fertigung aus Metallpulver (Deutsch) (872 KB)
- Laserstrahlschmelzen (2 MB)
- Lattice-Strukturen und Prozesssimulation für die Additive Fertigung (Deutsch) (258 KB)
Simulation für die Additive Fertigung
Ein wichtiger Faktor für eine kosteneffiziente additive Fertigung (Additive Manufacturing) ist der Einsatz von Simulationssoftware. Da Fehldrucke bei teuren Maschinenlaufzeiten schnell kritisch für jedes Budget werden können, ist es sinnvoll, mit Simulationen bereits im Entwicklungsprozess die kritischen Stellen des Bauteils im Druckprozess zu lokalisieren. So lassen sich Fehldrucke durch frühzeitige Anpassungen am Bauteildesign oder beim Druckprozess vermeiden. Ansys bietet mit seinen Simulationstools dem Anwender Unterstützung bei der Optimierung des Design for Additive Manufacturing (DfAM) und sorgt so für reduzierte Entwicklungs- und Produktionskosten.
Topologieoptimierung
Mit der Topologieoptimierung kann die Gestalt eines Bauteils unter Berücksichtigung mechanischer Eigenschaften optimiert werden. Damit lassen sich beispielsweise leichtere Bauteile bei gleicher Steifigkeit konstruieren. Topologieoptimierte Leichtbauteile finden ihren Einsatz oft in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in anderen Bereichen des Maschinenbaus. Die Ansys Topologieoptimierung bietet schnelle Berechnungen, eine hohe Auswahl an möglichen Randbedingungen sowie Oberflächen, die nur ein Minimum an Nachbearbeitung erfordern.
Wie ist ein topologieoptimiertes Metall-Bauteil zu fertigen?
Für eine gute Bauteilqualität ist es notwendig, in der Datenvorbereitung mehrere Schritte sorgsam durchzuführen. Angefangen bei der optimalen Bauteilposition im 3D-Drucker über das im Metall-3D-Druck erforderliche anbringen von Stützstruktur bis hin zur Simulation des Druckauftrags, um Fehlerquellen wie zu hohe Spannungen, Verzüge oder Beschichterkollisionen zu vermeiden. Erst dann werden die 3D-Daten in ein 2D-Schichtdatenformat exportiert.
- Orientierung
- Stützstrukturen
- Verzug (inkl. Vorverformung)
- Spannungen
- Export in das Schichtdatenformat
Wie ermittle ich die perfekten Prozessparameter für den Metall-3D-Druck?
Perfekt auf additive Materialen abgestimmte Prozessparameter sind der Schlüssel für einen idealen 3D-Druck. Nur die richtige Kombination aus Laserleistung, Lasergeschwindigkeit und Hatch-Abstand garantiert den Erfolg. Mit der Simulationssoftware von Ansys lassen sich aufwändige Untersuchungen mit Testkörpern minimieren. Dazu werden Methoden wie Single Bead, Porosität, thermische Historie und Mikrostrukturvorhersage verwendet, um optimale Parameterkombinationen vorab zu ermitteln.
CADFEM-Seminare zum Thema Additive Fertigung
Erlernen Sie in kompakten Seminaren die Herangehensweisen zur Entwicklung eines optimalen „Design for Additive Manufacturing“ (DfAM) unter Berücksichtigung aller Prozessfragen, wie z.B. Bauteilorientierung, Supportstrategie, Fertigungsvorbereitung oder thermischer Verzug.