Foto: Materialise

Software

In vier Schritten zur optimalen Simulation

Das Simulationsmodul zum 3D-Druck von Materialise ist für Nutzer ohne Expertenwissen ausgelegt. So funktioniert das Modul.

Die extrem hohen Temperaturen beim Lasersintern und eine unterschiedliche Wärmeabführung und Temperaturverteilung in Bauteil und Stützstrukturen (Supports) führen immer wieder zu Baufehlern durch Schrumpfung, Eigenspannungen und Verzug. Selbst erfahrene Experten können dies nicht vollständig voraussagen. Deshalb sind oft mehrere Testdrucke nötig, was hohen Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Zugleich führt die Arbeit mit Annahmen und Testdrucken in der Regel nur zu suboptimalen Ergebnissen.
Eine aussagekräftige Simulation beim 3D-Druck erfordert hochqualifizierte, erfahrene Ingenieure. Sie müssen eng mit den Designern zusammenarbeiten, um Feedback zur optimalen Teileausrichtung und Gestaltung der Stützstruktur zu geben. Das kann den Design- und Engineering-Prozess komplex und zeitaufwändig machen.

Auch ohne 3D-Druck-Erfahrung zum bestmöglichen Bauteil

Das Materialise-Simulationsmodul konzentriert sich auf die Optimierung des Produktionsprozesses ohne Expertenwissen.
Das Modul ermöglicht es selbst Unternehmen ohne Metall-3D-Druck-Erfahrung schneller als üblich Bauteile bestmöglicher Qualität zu drucken. Konstrukteure können damit virtuelle Prototypen erstellen und auf Bereiche prüfen, die hinsichtlich Schrumpfung, Eigenspannung oder Verzug kritisch sind und diese farblich hervorheben lassen. So erhalten sie wertvolle Rückmeldungen dazu, wie diese Bereiche gestützt oder im Raum positioniert werden müssen. Durch die Einbettung in die Datenaufbereitungssoftware Magics von Materialise lassen sich Varianten mit unterschiedlicher Ausrichtung und unterschiedlichen Stützstrukturen zudem vergleichen.

Der Arbeitsablauf mit dem Simulationsmodul umfasst im Wesentlichen vier Schritte.

Schritt 1:

Zuerst wird die CAD-Geometrie des Bauteils dazu verwendet, eine erste Ausrichtungs- und Supportkonfiguration zu erstellen.

Schritt 2:

Danach werden Bauteil und Stützstruktur per Software in dreidimensionale Würfel – so genannte Voxel – aufgeteilt. Wenn es reicht, festzustellen, mit welcher Konfiguration qualitativ die geringste Verformung auftritt, können die Voxel relativ grob ausfallen. Dadurch beschleunigen sich die späteren Rechenprozesse erheblich.

Schritt3:

Anschließend simuliert die Software mit den Voxeln den schichtweisen Aufbau und prognostiziert dabei Eigenspannungen und Verformungen während des Druckprozesses. Zur Prognose wird die sogenannte "inhärente Dehnungsmethode" genutzt, ein Modell, das aus der Simulation von Schweißverfahren übernommen wurde.

Schritt4:

Im letzten Schritt werden die Ergebnisse aus der Voxel-Bildung interpoliert und auf die ursprüngliche CAD-Geometrie übertragen.
Bei der Bewertung der Ergebnisse hilft eine Funktion, mit der nur die relevantesten Simulationsdaten in Magics geladen werden. Dies vereinfacht die Suche nach der bestgeeigneten Ausrichtung und den bestgeeigneten Supports noch weiter und am Ende steht zuverlässig die optimale Konfiguration. Dass mit der Zahl der Testdrucke auch die Entwicklungskosten und die Markteinführungszeiten sinken, liegt auf der Hand.

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