3D-Druck Die AM-Softwareprozesskette der Zukunft

Autor / Redakteur: Jonas Baumeister* / Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Additive Works bietet mit dem ASAP-Prinzip eine simulationsbasierte Prozessvorbereitung für die Additive Fertigung von Metallbauteilen mittels Laserschmelzen an.

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Das ASAP-Prinzip bildet den konzeptionellen Rahmen einer Reihe von Softwaremodulen, die unter der Marke Amphyon im zweiten Quartal 2016 im Rahmen einer limitierten Beta-Phase in den AM-Markt eingeführt wurden.
Das ASAP-Prinzip bildet den konzeptionellen Rahmen einer Reihe von Softwaremodulen, die unter der Marke Amphyon im zweiten Quartal 2016 im Rahmen einer limitierten Beta-Phase in den AM-Markt eingeführt wurden.
(Bild: Additive Works)

Anwender des metallbasierten Laserstrahlschmelzens kennen die Probleme, die der in den Medien stark gehypte Prozess mit sich bringt: Sie haben mit Eigenspannungen im Bauteil und resultierenden Bauteilverformungen, Abrissen im Prozess, einer mangelhaften Oberflächenqualität oder unzureichender Bauteildichte zu kämpfen. Bei der Bewältigung dieser Probleme will das junge Unternehmen Additive Works, das als Spin-Off der Universität Bremen von einem vierköpfigen, interdisziplinären Team gegründet wurde, die Anwender der Technologie mit einem neuartigen Ansatz der simulationsbasierten Prozessvorbereitung unterstützen. Dieser Ansatz findet im vierstufigen ASAP-Prinzip seinen Ausdruck. Das ASAP-Prinzip bildet den konzeptionellen Rahmen einer Reihe von Softwaremodulen, die unter der Marke Amphyon im zweiten Quartal 2016 im Rahmen einer limitierten Beta-Phase in den AM-Markt eingeführt wurden.

Optimale Orientierung des Bauteils

Das erste A im ASAP-Prinzip steht für das CAD-basierte Assessment eines Bauteils, wobei die optimale Orientierung in der Baukammer etwa in Hinblick auf Verzugstendenzen, Nachbearbeitungsaufwand, benötigtes Stützvolumen oder die Aufbauzeit ermittelt werden kann. Dabei kann der Anwender eine bevorzugte Aufbaurichtung wählen und seine Präferenzen bezüglich einzelner Kriterien in eine individualisierte CAD-Analyse einbeziehen. Als absolute Marktneuheit stellt das Examiner-Modul dabei den Brückenschlag zwischen Design, Aufwandsschätzung und dem Prozess dar. Somit können nicht nur lange Entwicklungszeiten und Fehlbauten vermieden werden, sondern auch gerade neuen und unerfahrenen Anwendern ein schneller und erfolgreicher Start in die additive Fertigung ermöglicht werden.

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Simulation von Spannungen und Verzug

Die folgende Finite-Elemente-Prozesssimulation, das S im ASAP-Prinzip, erlaubt durch den eigens entwickelten, AM-spezifischen und auf die gezielte Nutzung von Grafikkarten ausgelegten Solver eine blitzschnelle Simulation von Spannungen und Verzug im Prozess und nach dem Lösen des Bauteils von der Bauplattform. Amphyon bietet für diesen Zweck mit dem Modul MPS (Mechanical Process Simulation) eine leicht zu handhabende Softwarelösung, welche keinerlei spezialisierte Kenntnis der Finiten-Elemente-Methode voraussetzt.

Die Simulationsergebnisse können zur Kompensation des Bauteilverzugs genutzt werden, indem im Predeformation-Modul automatisch ein vordeformiertes CAD erstellt werden kann.
Die Simulationsergebnisse können zur Kompensation des Bauteilverzugs genutzt werden, indem im Predeformation-Modul automatisch ein vordeformiertes CAD erstellt werden kann.
(Bild: Additive Works)

Im Rahmen eines intuitiven Workflows können hierbei komplexe Bauteile, deren Berechnung mit herkömmlicher Simulationssoftware schwierig bis unmöglich wäre, in Minuten und Stunden berechnet werden. Im Anschluss an die Prozesssimulation können die Simulationsergebnisse zur Kompensation des Bauteilverzugs genutzt werden, indem im Predeformation-Modul automatisch ein vordeformiertes CAD erstellt werden kann, was eine erhebliche Reduktion der Abweichung des fertigen Bauteils von der Soll-Geometrie ermöglicht.

Anpassung von Prozessparametern

Auf der dritten Stufe des ASAP-Prinzips erfolgt eine Adaption der Bauteildaten, wobei mithilfe des Sinter-Guard-Moduls eine schnelle Geometrieanalyse durchgeführt wird. Durch diese Analyse ist es möglich, die Prozessparameter lokal anzupassen. Hierdurch können beispielsweise lokale Überhitzungen im Prozess sowie unerwünschte Anhaftungen von Pulverpartikeln am Bauteil vermieden werden.

Darüber hinaus können im Stress-Guard-Modul Scanpfade auf Basis der Simulationsergebnisse so ausgerichtet werden, dass eine Reduktion von Spannungen und Verformungen während des Prozesses erreicht werden kann, was zu einer Reduktion des Endverzuges und einer Steigerung der Prozessstabilität führt. Die Adaption-Module befinden sich derzeit noch in der Entwicklung, wobei insbesondere die Anbindung und Kompatibilität mit den Anlagen möglichst vieler Hersteller angestrebt wird. Als oberste Stufe des ASAP-Prinzips folgt auf die simulationsbasierte Prozessvorbereitung der Prozess selbst.

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Module künftig als Plug-Ins erhältlich

Mit dem Examiner-, dem MPS- sowie dem Predeformation-Modul werden bereits die ersten Amphyon-Module als Stand­alone-Software mit einer eigenen, intuitiv bedienbaren Benutzeroberfläche an einen internationalen Kundenstamm ausgeliefert und betreut. Während die Entwicklung eigener Softwarelösungen mit einem stetig wachsenden Team vorangetrieben wird, sind bereits fruchtbare Kooperationsgespräche mit weiteren Marktakteuren geführt worden, sodass Amphyon-Module in naher Zukunft auch als Plug-Ins in einigen etablierten Softwarelösungen erhältlich sein werden. Auf diese Weise soll diese innovative Technologie einem größeren Anwenderkreis verfügbar gemacht werden, was Additive Works der Erfüllung ihrer Business-Mission näherbringt: Die Technologie der additiven Fertigung zu etablieren und ihr zu größerer Reife und höherem Anwendungspotential zu verhelfen. Mit Amphyon holen sich Anwender nicht nur umfassendes, in Software gegossenes Know-How der additiven Fertigung ins Haus.

Unterstützung während des Prozesses

Das Team von Additive Works steht darüber hinaus unterstützend bei der Gestaltung einer simulationsbasierten Prozessvorbereitungskette zur Seite. Von der Simulationsdienstleistung über die Unterstützung bei der Kalibrierung für den Fertigungsprozess bis zu komplexen Machbarkeitsstudien: Den Angeboten von Additive Works ist ein profunder wissenschaftlicher Ansatz gemeinsam. Dabei steht stets die Freude am Lösen von Problemen im Mittelpunkt. (qui)

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* Jonas Baumeister, Kaufmännischer Leiter, Additive Works GmbH, Bremen

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