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Konstruktionstool Mit Siemens NX 3D-Druck-gerecht konstruieren

Redakteur: Ute Drescher

Die neueste Version von Siemens NX unterstützt die AM-gerechte Konstruktion von Bauteilen und hilft, den 3D-Druck in die industrielle Produktion zu überführen.

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Industriell gefertigter Brenner für eine Gasturbine: rechts konventionell, links additiv gefertigt.
Industriell gefertigter Brenner für eine Gasturbine: rechts konventionell, links additiv gefertigt.
(Bild: Siemens)

Das Beispiel ist beeindruckend: Brennerdüsen, die bisher aus 13 Einzelteilen bestanden und in 26 Wochen aufwendig gefertigt wurden, lassen sich heute in etwa einer Woche mit dem 3D-Drucker herstellen. Nicht nur die geringe Fertigungszeit ist rekordverdächtig: Die gedruckten Düsen wiegen auch rund 22 % weniger als ihre Vorgänger, außerdem konnte der Materialverbrauch optimiert werden. Und: Es handelt sich bei den Düsen nicht etwa um Prototypen – sie werden industriell eingesetzt.

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Dieses Beispiel zeigt anschaulich, welches Potential die Additive Fertigung birgt. Mit der neuesten Version von NX will Siemens auf der Hannover Messe 2018 zeigen, wie die Software Hersteller unterstützt, den 3D-Druck in die industrielle Produktion zu überführen. Die Tools für Entwicklung, Simulation, Produktionsvorbereitung und 3D-Druck sind in einem durchgängigen System zusammengefasst und über eine einheitliche Benutzeroberfläche bedienbar. Eine Datenkonvertierung mit möglichem Verlust an Informationen entfällt.

Scannen, editieren, drucken

Als Plattform für Konstruktion, Simulation und Fertigung kombiniert NX spezielle Modellierfunktionen mit den Möglichkeiten der Struktur- und Topologieoptimierung. Dazu gehört Convergent Modeling, eine Technologie, die den Umgang mit Geometrien wie Facetten, Flächen und Volumina erleichtert. So können Konstrukteure Bauteile auf der Basis gescannter Daten für den 3D-Druck optimieren und direkt aus NX im 3D-Drucker herstellen. Der Arbeitsablauf Scannen, Editieren, Drucken unterstützt das 3D-Fertigungsformat (3MF) und die 3D-Druckfunktionen von Microsoft. Ein weiterer, wichtiger Schritt auf dem Weg zum industriell 3D-gedruckten Bauteil ist die Validierung des Designs, daher sind auch Validierungstools integriert.

Integriert ist auch eine Topologieoptimierung. Mit ihrer Hilfe lassen sich Produkt-Designs von Grund auf neu erschaffen. Davon profitieren ganz besonders komplexe und effiziente Leichtbaustrukturen. Aus diesem Grund hat sich etwa Toolcraft, spezialisiert auf den 3D-Druck in Metall und den Bau individueller Turn-Key-Roboterlösungen, im vergangenen Jahr für NX entschieden. „Spezielle Funktion zu Topologie-Optmierung und FEM-Berechnung ermöglichen uns die optimale Konstruktion unserer Bauteile“, lobt Ralf Domider, Konstruktion und Simulation im Bereich Metall-Laserschmelzen bei Toolcraft. „So analysieren wir nicht nur das eingesetzte Material und lasergeschmolzene Proben, sondern auch die später auf das Bauteil einwirkenden Kräfte.“

Topologie optimieren

Mit der Software lassen sich Lastpfade sowie innere Spannungen abbilden, denen das Bauteil später ausgesetzt ist, erklärt Domider. Auch die Umgebungstemperatur lässt sich berücksichtigen. Mit diesen Daten ermittelt das Programm die Bereiche, in denen das Material reduziert werden kann. Dabei enthalten die simulierten Ergebnisse detaillierte Informationen zu den resultierenden Spannungen und Dehnungen innerhalb des optimierten Bauteils. Das ist wichtig, denn so kann der Konstrukteur die Ergebnisse der Topologie-Optimierung auf Funktionalität und Haltbarkeit prüfen und bewerten, schließlich sollen trotz Gewichtsreduktion alle notwendigen Eigenschaften des Bauteils erhalten bleiben.

Die Leichtbauteile „verlieren“ durch die FE-Methode nicht nur an Gewicht, sondern erhalten zudem eine optimierte Bauweise, die außerdem geringere Nacharbeiten zur Folge hat. Darüber hinaus lassen sich verschiedene Materialien vergleichen und das am besten geeignete Material aussuchen.

Druckaufträge vorbereiten

Um 3D-Drucker mit allen notwendigen Parametern für einen effizienten additiven Fertigungsprozess zu versorgen, gibt es das Build-Prozessor-Framework in NX. Es unterstützt eine breite Palette von Druckern und erzeugt die entsprechende Ausgabe für 3D-Drucker, die Kunststoff- und Metallteile im Pulverbettschmelzverfahren drucken. So wurde die aktuelle Version von NX um das Modul NX AM für den HP Multi Jet Fusion ergänzt. Es ist von HP zertifiziert und wird von Materialise unterstützt, um Druckaufträge für HP Jet Fusion 4200 3D-Drucker vorzubereiten.

„Die additive Fertigung bietet Herstellern aller Größenordnungen enormes Potential sich Wettbewerbsvorteile zu verschaffen", fasst Zvi Feuer, Senior Vice President of Manufacturing Engineering Software bei Siemens PLM Software zusammen. „Mit NX können sie dieses Potential nutzen.“ (ud)

Hannover Messe 2018: Halle 6, Stand J30

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