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Dank der Siemens NX-Software können Produktentwickler den Fertigungsprozess virtuell optimieren, um ihr Bauteil fehlerfrei auszudrucken.

Gut simuliert ist halb gedruckt

3 Min. Lesezeit
hi!future
09. Januar 2019
Virtuelle Optimierung sorgt für fehlerfreie Fertigungsprozesse in der additiven Fertigung.

Ein neues Modul der Siemens NX-Software für Produktentwicklung und -fertigung simuliert den Prozess der additiven Fertigung vorab. So können Produktentwickler den Fertigungsprozess virtuell optimieren, um ihr Bauteil fehlerfrei auszudrucken - ohne lokale Überhitzungen oder Verzüge. Idee und Algorithmen stammen von Experten der Corporate Technology (CT). Die Siemens-Division Digital Factory stellt derzeit die Beta-Version des Moduls ausgewählten Kunden sowie Siemens-Kollegen zum Test zur Verfügung.

Die auch 3D-Druck genannte additive Fertigung von Metallteilen funktioniert bisher nicht so reibungslos, wie die Nutzer sich das wünschen. Noch nähern sich die Ingenieure meist in mehreren Iterationen dem optimalen Prozess an. Sie variieren die Druck-Parameter wie zum Beispiel Geschwindigkeit oder Leistung des Lasers so lange, bis das Bauteil die exakt richtigen Maße und Materialeigenschaften aufweist. Üblicherweise funktioniert das nicht beim ersten Mal, weil lokale Überhitzungen oder Verzüge auftreten. Diese stören bei der Fertigung beziehungsweise machen das Bauteil unbrauchbar.

Ziel: Auf Anhieb richtig drucken

Daher simuliert Daniel Reznik, Experte für additive Fertigung bei Corporate Technology, den Prozess des selektiven Laserschmelzens (SLM). Er hat mit seinem Team aus Prozess- und Modellierungsexperten spezielle Algorithmen entwickelt, die Überhitzungen und Verzüge vorhersagen. So kann er den Prozess vorab virtuell optimieren. "Damit sind wir unserem Ziel einen großen Schritt nähergekommen, ein mit CAD entworfenes Produkt auf Anhieb fehlerfrei ausdrucken zu können", sagt Reznik. Für das neue Modul implementierten Experten von der Siemens-Division Digital Factory (DF) Rezniks Algorithmen anschließend in NX, gestalteten die Benutzeroberfläche und erstellten die derzeit in der Testphase befindliche Beta-Version. Sie wird momentan von Firmen wie Honeywell und Toolcraft und von den Siemens-Kollegen bei Power Generation, Power Services und Materials Solutions getestet.

Vorab: Kompensation von Bauteil-Verzügen

Omar Fergani, Produktmanager bei DF, sagt: "Das war ein wirklich agiles Projekt: Vor etwa einem Jahr haben wir erste Gespräche mit den Kollegen von CT geführt und jetzt testen wir schon das Produkt." Ihm ist die Durchgängigkeit des neuen Moduls besonders wichtig. "Das Modul stellt eine durchgehende digitale Datenkette dar. Es kombiniert mehrere Software-Pakete so, dass der Nutzer mit einem einzigen mächtigen Interface alle Schritte vom Design über die Prozesssimulation bis zur Druckausführung mit demselben Tool umsetzen kann."

Diese Integration ermöglicht es dem Nutzer, zwischen Design und Prozesssimulation hin und her zu springen und zum Beispiel für den Prozess vorausberechnete Verzüge des Bauteils schon im Design zu kompensieren. Die Software passt anschließend alle nötigen Details in der Prozesssteuerung an. Dave Madeley, Architekt des DF-Programms für Additive Manufacturing, hat die Entwicklung des neuen Moduls mit großem Interesse verfolgt: "Die Simulation des Druckprozesses ist eine der Schlüsselkomponenten, um diesen anspruchsvollen Fertigungsprozess stabil und berechenbar zu machen. Wir werden weiter in diesen Bereich investieren, sodass das Expertenteam aus DF und CT auf seiner schon geleisteten Arbeit aufbauen kann. Die durchgängige Integration von Druckvorbereitung, Simulation und Korrektur des Drucks wird sowohl das Geschäft als auch die Anwendung dieser industrialisierten Prozesse bei unseren Kunden vorantreiben."

Geplant: Immer bessere Korrekturen

Fergani hat schon Pläne für die nächsten Modulversionen: Er arbeitet zusammen mit Reznik an der Korrektur von Überhitzungen und überträgt die digitale Prozesskette auch auf andere additive Fertigungsverfahren, wie die drahtbasierte Fertigung oder das Pulverauftragsschweißen. Zusätzlich arbeitet Fergani mit der Simulations-Expertin Lucia Mirabella bei CT in Princeton an neuen Funktionen, um den NX-Workflow zu verbessern. Ferganis Ziel ist die Entwicklung des leistungsstärksten auf dem Markt erhältlichen digitalen Zwillings für den additiven Fertigungsprozess.