3D-Druck

Simulationsbasierte Prozessvorbereitung für die Additive Fertigung von Metallbauteilen

| Redakteur: Stefanie Michel

Berechnetes Verzugsfeld für eine mit dem DMLS-Verfahren hergestellte instrumentierte Statorschaufel aus Ti64 nach Trennung von der Bauplattform.
Berechnetes Verzugsfeld für eine mit dem DMLS-Verfahren hergestellte instrumentierte Statorschaufel aus Ti64 nach Trennung von der Bauplattform. (Bild: Additive Works)

EOS und das deutsche Start-Up Additive Works gaben ihre Zusammenarbeit bekannt. Gemeinsam haben sie es sich zum Ziel gemacht, metallbasierte additive Fertigungsverfahren weiter zu verbessern. Der Schwerpunkt der Zusammenarbeit liegt auf der simulationsbasierten Prozessvorbereitungssoftware Amphyon. Das soll Zeit und Kosten sparen.

Die Software Amphyon ermöglicht es, den AM-Bauprozess (AM = Additive Manufacturing) im Vorfeld zu simulieren und so mögliche Problembereiche des zu fertigenden Bauteils schon vor dem eigentlichen Bauvorgang zu erkennen und zu lösen. Mithilfe der Software können Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität sowie Produktivität und Stabilität des AM-Prozesses signifikant erhöht werden, so der Hersteller. Das spare Anwendern Zeit und Kosten bei der Entwicklung von Bauteilen für die additive Fertigung.

Dr. Nils Keller, CEO von Additive Works dazu: „Trotz der hohen technologischen Reife der additiven Fertigung kann es insbesondere für unerfahrene Anwender schwierig sein vorherzusagen, ob ein Bauteil wie erwartet gefertigt werden kann. Wenn ein Bauteil Probleme bereitet, etwa mit Oberflächendefekten oder starkem Verzug, bedeutet dies eine Verschwendung von Maschinenkapazität und Material. Eine Antwort auf diese Herausforderung ist unsere Software Amphyon.“ Weiter führt er aus: „Im Bereich konventioneller Fertigungsverfahren ist die Nutzung von Simulationssoftware Stand der Technik. Mit Amphyon wird die Simulation nun auch Teil der Lösung für die additive Fertigung. Das unterstreicht die wachsende Etablierung des industriellen 3D-Drucks und die sich verändernden Anforderungen an eine additive Serienfertigung.“

Virtuelle Prozessvorbereitung vor dem eigentlichen Aufbauprozess

Amphyon unterstützt den Anwender dabei, potenzielle Herausforderungen eines Baujobs vorherzusagen und zu adressieren. Dabei werden zahlreiche, bislang erfahrungsbasiert und manuell ausgeführte Schritte der Prozessvorbereitung automatisch erledigt. So können Unternehmen ihre Bauaufträge im Vorfeld des eigentlichen additiven Fertigungsvorgangs optimieren, das Risiko von Fehlbauten minimieren und von einem stabilen und effizienten Bauprozess profitieren. Um einen klaren und einfachen Workflow zu ermöglichen, werden die Schritte der Prozessvorbereitung dabei gemäß dem „ASAP“-Prinzip (Assessment - Simulation – Adaption – Process) angeordnet, einem neuartigen Prozessvorbereitungs-Workflow für das Direkte Metall Laser Sintern (DMLS).

Auf der Stufe des Assessments' kann mithilfe des Examiner-Moduls eine schnelle Geometrieanalyse durchgeführt und jede mögliche Aufbauorientierung eines Bauteils untersucht werden. Diesen Prozess manuell durchzuführen, verlangt zum einen ein tiefes Prozessverständnis vom Anwender. Zum anderen muss die Applikation selbst berücksichtigt werden, um von der Aufbauorientierung abhängige Kriterien wie die Bauzeit, das benötigte Stützvolumen, den Nachbearbeitungsaufwand und die Verzugsanfälligkeit ideal auf diese abzustimmen. Mittels der der Amphyon Software lässt sich die optimale Aufbauorientierung im Bauraum des industriellen 3D-Druckers für jeden Anwender mit wenigen Mausklicks berechnen.

Tipp: Anwendertreff Leichtbau Auf dem 3. Anwendertreff Leichtbau, der vom 4. bis 5. Dezember 2018 in Würzburg stattfindet, wird Dr. Nils Keller die Software Amphyon vorstellen und an einem Beispiel zeigen, wie die optimale Ausrichtung des Bauteils in der Baukammer ermittelt, die Prozesssimulation durchgeführt und ein Bauteilverzug kompensiert werden kann.
Mehr Informationen: Anwendertreff Leichtbau

In einem nächsten Schritt findet die Simulation auf Basis von zwei weiteren Modulen statt: Das derzeit im Beta-Stadium befindliche Support-Modul sowie das MPS-Modul (Mechanical Process Simulation). Mit dem Support-Modul können automatisch optimierte Stützstrukturen generiert werden. Diese verbinden ein additiv zu fertigendes Bauteil mit der Bauplattform und haben maßgeblichen Einfluss auf das Prozessergebnis. Die innovativen Optimierungsalgorithmen der Amphyon Software passen die Stützstrukturen selbst sowie deren Anbindung an das Bauteil entsprechend den errechneten Prozesskräften an. Dadurch können nicht nur die Kosten der manuellen Supportgenerierung, sondern auch unnötiges Stützmaterial eingespart werden. Darüber hinaus wird die Prozessstabilität maßgeblich erhöht und Fehlbauten durch abgerissene Stützstrukturen lassen sich vermeiden. Das MPS-Modul bietet Anwendern eine schnelle und intuitiv zu bedienende Simulation des Aufbauprozesses und die Berechnung von prozessinduzierten Spannungen und Bauteilverzügen. Durch die Erstellung und den Aufbau einer „predeformierten“ STL-Datei kann Amphyon diese Verzüge eliminieren. Letztlich ermöglicht die Software Nutzern die Prozessstabilität und eine präzise Fertigung des konstruierten Bauteils sicherzustellen.

Um eine einfache und gleichzeitig präzise Simulation zu ermöglichen, sind wesentliche EOS-Metallwerkstoffe im Hinblick auf Ihre Materialeigenschaften vorkalibriert in der Amphyon Software verfügbar. Ziel ist es, zukünftig alle Metallwerkstoffe von EOS zu kalibrieren und aufzunehmen.

Partnerschaft zur Optimierung des industriellen 3D-Drucks

„Während die breite Öffentlichkeit davon ausgeht, dass die additive Fertigung die Herstellung eines dreidimensionalen Objekts basierend auf einem digitalen Design mit nur einem Knopfdruck ermöglicht, wissen Anwender der Technologie, dass die Realität doch komplexer ist. Additive Works und EOS möchten den industriellen 3D-Druck gemeinsam noch nutzerfreundlicher und intuitiver zu gestalten. Daher freuen wir uns sehr über die enge Partnerschaft mit Additive Works im Bereich der AM-Prozesssimulation. Die Simulation vor dem eigentlichen Bauprozess - 'simulate before you create' - ist in der Tat ein Schlüsselfaktor um von Beginn an einen erfolgreichen AM-Bauprozess mit Metallwerkstoffen zu ermöglichen.“, so Martin Steuer, Head of Product Management Software and Services bei EOS.

Amphyon wurde von dem Ende 2015 gegründeten Start-Up Additive Works entwickelt, EOS bietet seinen Kunden diese Softwarelösung im Rahmen der Partnerschaft an. Zusätzlich treiben beide Unternehmen die Weiterentwicklung von Amphyon gemeinsam voran. Ziel ist es, die Ampyhon-Funktionalitäten für Orientierung-, Simulation- und Supportgenerierung in die Datenvorbereitungs- und Prozessmanagement Software Eosprint 2 von EOS zu integrieren.

Die AM-Softwareprozesskette der Zukunft

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

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