ICME-System erleichtert 3D-Druckvorgänge

2021-11-03

Die additive Fertigung steht für die Kombination von physischen Produktionsverfahren und digitalen Daten. Es fördert Innovation und Effizienz in der Fertigung, indem es digitale Daten zu einem physischen Produkt macht.

Wie bei jedem Herstellungsprozess umfasst die additive Fertigung jedoch den Prozess von einer idealen CAD-Datei zu einem praktikablen Produkt, das die Qualitäts- und Wiederholbarkeitsanforderungen erfüllt. Der Erfolg hängt vom Einsatz des Designs in der additiven Fertigung ab, um die Materialtopologie zu optimieren und innere Spannungen und andere Abweichungen von idealen Problemen unter Anleitung von Simulationswerkzeugen zu lösen.

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Um die Vorteile von AM (größere Designfreiheit, Produktpersonalisierung und kürzere Designzyklen) voll auszuschöpfen, müssen Benutzer mehr verfügbare Materialien und Prozesse in Betracht ziehen, um ihre Ziele zu erreichen. Für jeden, der kein Experte ist, ist es eine Herausforderung, den Überblick zu behalten, was auf dem Markt erhältlich ist. Vorhandene AM-Daten schränken den zukünftigen Erfolg dieser Technologie ein.

Verstreute Additivdaten erschweren es Herstellern, Materialien und Maschinen zu kombinieren, um neuartige Arbeitsabläufe und Produkte zu schaffen, und setzen damit Innovationsbarrieren. Die Wahl der Materialien und Verfahren sind miteinander verflochten und bestimmen den Bauraum des Produkts, einschließlich seiner Kosten, seines Gewichts, seiner Leistung und sogar seiner Auswirkungen auf die Umwelt.

Auch der Mangel an Material- und Prozessdaten hindert das Konstruktionsteam daran, moderne Computer-Aided-Engineering-Methoden (CAE) souverän auf additiv herstellbare Teile anzuwenden.

Bei großen Projekten ist der Austausch wichtiger Daten und Prozesserkenntnisse besonders wichtig. Wertvolle Erfahrungen können aus durchgeführten AM-Tests, fehlgeschlagenen Prototypen oder Material- und Qualitätstests, die nicht zwischen den Abteilungen geteilt werden, gewonnen werden.

Wenn AM-Projektteams Aufgaben in Silos ausführen, besteht ein höheres Risiko des Scheiterns und das Risiko, Material, Zeit und Geld zu verschwenden. Es verlängert die Zeit, die erforderlich ist, um das Produkt auf den Markt zu bringen, und verzögert die Einführung von AM im gesamten Unternehmen.

Einheitlicher Ansatz

Da AM-Materialien und -Technologien relativ neu sind, bringt der 3D-Druck neue Qualitätsherausforderungen mit sich. Die Unkenntnis der Konstrukteure mit additiven Fertigungsmaterialien und -prozessen führt oft zu Fehlern im Endprodukt. Die Vorhersage und Vermeidung dieser Fehler während der Konstruktionsphase erfordert genaue Material- und Maschinendaten sowie eine Prozesssimulation.

Führende Additivhersteller profitieren von Integrated Computational Materials Engineering (ICME), einem neuen Ansatz für einen einheitlichen digitalen Prozess von der Materialentwicklung über die Konstruktion bis hin zur Fertigung. ICME gewährleistet die Verwendung der besten Kombination von Materialien und Herstellungsprozessen, um Innovationen zu schaffen und die Leistung zu maximieren, wodurch Kosten und Lieferzeiten reduziert werden.

ICME ist eine Methode, die darauf abzielt, das Verhalten von Materialien auf mehreren Skalen zu verstehen. Boeing illustriert diesen Punkt sehr gut, er prägte den Begriff "Atome in Flugzeugen".

Ziel ist es, Materialien von der chemischen Zusammensetzung über die Mikrostruktur bis hin zu Mustern und gefertigten Teilen zu entwickeln und vollständig zu nutzen. In der Praxis bedeutet die Integration dieser Skalen, historisch isolierte Disziplinen zu integrieren, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Diese Integration bedeutet, dass Designer die Auswirkungen ausgewählter Materialien und Herstellungsverfahren auf die Produktleistung und Designoptimierung vorhersagen können.

ICME ist seit Ende des 20. Jahrhunderts Gegenstand der Spitzenforschung, da es die Entdeckung und Anwendung neuer Materialien beschleunigen kann. Was sich geändert hat, ist, dass wir jetzt über ausgereifte Modellierungsfunktionen, zugängliche Rechenleistung und ein Technologie-Ökosystem verfügen, das auf dieses gemeinsame Ziel hinarbeitet.

E-Xstream Engineering, ein Teil der Manufacturing Intelligence Division von Hexagon, hat vor kurzem 10xICME auf den Markt gebracht. Das industrielle Lösungsportfolio zielt darauf ab, das Potenzial von ICME zu nutzen, um Design-, Material- und Fertigungsexperten die virtuelle Zusammenarbeit zu ermöglichen, indem detaillierte proprietäre Materialmodelle und Prozessdefinitionen von 3D-Druckerlieferanten, OEMs, F&E-Institutionen und Endbenutzern verwendet werden, um Produkte zu entwickeln.

10xICME wurde kürzlich um die Senvol-Datenbank erweitert, die eine umfassende Datenbank mit AM-Materialien und -Maschinen ist. Die neuen Funktionen ermöglichen es Teams mit On-Demand-Zugriff, die aktuellen Marktfähigkeiten des 3D-Drucks basierend auf ihren neuen Produktzielen zu bewerten.

Materialingenieure können beispielsweise mit der Produktionsabteilung zusammenarbeiten, um historische Daten von 3D-Druckern mit Materialien, Prozessen und Lieferanten zu vergleichen, die noch nie zuvor verwendet wurden, um eine Liste von Alternativen zu entwickeln. Kandidatenmaterialien können dann direkt in CAE-Tools analysiert werden, um Designkonzepte zu untersuchen und grundlegende Bewertungen durchzuführen. Danach kann das Produktentwicklungsteam den Lieferanten bitten, auf die in die engere Wahl gezogenen proprietären Materialsystemmodelle und Werkzeugmaschinenpfade zuzugreifen.

Mit solch genauen Daten können Materialexperten die Leistungsgrenzen „hergestellter“ Materialien virtuell erkunden und Designs ermöglichen, die additive Fertigungsprozesse optimal nutzen, um bessere Produkte herzustellen.

Diese Integration ermöglicht Herstellern den sofortigen und bedarfsgerechten Zugriff auf Erkenntnisse aus virtuellen Tests und Entwicklungen und anschließenden physischen Tests, wodurch AM-Wissen kontinuierlich in einem positiven Kreislauf von einem Fall zum anderen übertragen wird.

Die Integration von additiven Fertigungsmaterialien und Prozessdaten in die Produktentwicklung vom Konzept bis zum Kunden wird dazu beitragen, Vertrauen in neue Technologien aufzubauen und ein mutiges Produktdesign zu fördern.

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