Virtual Reality

Wie virtuelle Realität die Entwicklung im Werkzeug- und Formenbau unterstützt

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Virtual Reality in den einzelnen Fertigungsverfahren

Ziel der Virtual Reality-Anwendungen ist es, Ergebnisse interaktiv darzustellen, um die verschiedene Verfahren besser analysieren zu können.

Urformen: Interaktive Darstellung des Gießprozesses

Für das Gießen gibt es zahlreiche Virtual-Reality-Anwendungen. Hierbei handelt es sich um interaktive Darstellung der Ergebnisse von Gießsimulationen zu Analysezwecken. Gießsimulationen dienen der Absicherung des Gießprozesses durch die virtuelle Vorwegnahme des Prozesses. Ziel der Simulation ist es, gewünschte Bauteileigenschaften (etwa Festigkeit, Toleranzen, Vermeidung von Lunkern) bei optimalem Gießprozess (etwa Prozesssicherheit, Prozessgeschwindigkeit) zu erreichen. VR-Anwendungen für die Gießsimulation zeigen den Gießprozess selbst und das Gußteil als Resultat. Der Betrachter hat die Möglichkeit, den Fluss der Werkstoffschmelze im Zeit- und Temperaturverlauf mit oder ohne Form zu betrachten .

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Weiterhin kann er den Temperaturverlauf beim Abkühlen beobachten. Der Benutzer kann Bereiche freischneiden, Proben nehmen oder gezielt Partikelquellen (für die Strömungssimulation) setzen. Schließlich besteht die Möglichkeit, das virtuelle Gußteil auf Lunker zu untersuchen, indem man es entsprechend freischneidet.

Umformen: Gewünschte Bauteileigenschaften erreichen

Bei Virtual-Reality-Anwendungen für das Umformen handelt es sich um interaktive Darstellung der Ergebnisse von Umformsimulationen zu Analysezwecken. Ziel der Simulation ist es, gewünschte Bauteileigenschaften (etwa Geometrie, Toleranzen, Dicke, Festigkeit) bei optimalem Umformprozess (etwa Prozesssicherheit, Prozessgeschwindigkeit) zu erreichen. VR-Anwendungen in der Umformsimulation erlauben die Analyse des Umformprozesses im Zeitverlauf, gegebenenfalls die Funktionsweise des Presswerkzeugs, die Materialbeanspruchung während des Umformprozesses, Temperaturentwicklungen und schließlich das Werkstück als Umformresultat selbst. Sowohl die Blechumformung wie auch die Massivumformung können Gegenstand der Untersuchungen sein.

Trennen: Ergebnisse interaktiv analysieren

Zu den trennenden Fertigungsverfahren zählen unter anderem das Bohren, das Fräsen, das Zerlegen und das Reinigen. Virtual Reality wird hier eingesetzt, um die Ergebnisse einer Prozess-Simulation am Werkstück interaktiv analysieren zu können oder aber die Programmierung der Werkzeugmaschine evaluieren zu können. Für letztere Aktivität hat sich der Begriff Virtual Machining etabliert. Zur Optimierung von Zerspanprozessen kann die Simulation des Spanbildungsvorgangs einen wichtigen Beitrag leisten, indem sie das Verständnis für die thermischen und mechanischen Belastungen von Werkzeugen und Werkstücken erweitert. In der Bohrsimulation lassen sich Betrachtungen zu Temperatur und Spannungsverläufen vornehmen.

Auch der Span als geometrisches Gebilde und seine physikalischen Eigenschaften werden abgebildet. Interessant sind die Temperaturentwicklung, -verteilung und -abführung um sicherzustellen, dass kein Bauteilverzug entsteht. In der Reinigungssimulation liegt der Schwerpunkt auf Zugänglichkeitsuntersuchungen. Hier wird also graphisch-geometrisch über Strahlverfolgungsalgorithmen ermittelt, ob alle relevanten Bauteilflächen vom Reinigungsmittel erfasst werden. Diese entsprechenden Bereiche werden farblich gekennzeichnet. Über Schnitte und Bereichsselektionen können kritische Bereiche schnell identifiziert werden. Technologisch befindet sich die Reinigungssimuation in der Nähe zur Lackiersimulation und zu Raytracing-Methoden.

Fügen: VR-Anwendungen unterstützen die Handhabung

In den Fügeprozessen spiegeln sich letztlich sämtliche Montagethemen wie auch das Schweißen. VR-Anwendungen thematisieren hier die automatisierten Handhabungs- und Fügeprozesse (Automatisierungstechnik: Offline-Programmierung, virtuelle Inbetriebnahmen), die manuellen Montagetätigkeiten (virtuelle Tests zur Montierbarkeit) sowie die Schweißprozess-Simulation. Weiterhin sind AR-Anwendungen zur Unterstützung während des Schweißprozesses entstanden. Hierzu werden Prozessgrößen lagerichtig, also kontextbezogen, in die reale Schweißbrille eingeblendet. Der Schweißer kann damit direkt während des Prozesses Korrekturen vornehmen.

Beschichten: Simulation des Lackiervorgangs

Zu den Fertigungsverfahren des Beschichtens zählt unter anderem das Lackieren. VR-Anwendungen für die Lackiersimulation zielen auf die Analyse des Lackiervorgangs und des Lackierergebnisses ab. Der VR-Benutzer analysiert dazu die Gitterwerte des 3D-Modells (Darstellung nach Schichtdicke, Point-ID oder Cell-ID), er wählt die selektive Bereichsanzeige (nur die Bereiche anzeigen, in denen Elemente bestimmte Simulationsergebniswerte z. B. Lack-Schichtdicke oder Bereichswahl nach räumlichen Gesichtspunkten) oder er nimmt virtuelle Proben.

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Stoffeigenschaften ändern: Analyse des Sintervorgangs

Zu den Fertigungsverfahren, welche die Stoffeigenschaften ändern, zählen unter anderem das Verfestigen durch Umformen und das Sintern. Für das Verfestigen durch Umformen lassen sich prinzipiell die gleichen VR-Werkzeuge anwenden wie oben bereits für das Umformen erläutert. Speziell für das Sintern sind VR-Werkzeuge entwickelt worden, die die Analyse des Sintervorgangs und des Werkstücks unterstützen. Zu dem Zweck werden Schnitte durch das Werkstück erstellt, die die freie Sicht auf Werkstückeigenschaften (wie Dichte, Festigkeit) ermöglichen.

Zusammenfassung

Virtual-Reality-Techniken werden heute bereits für die Analyse und den Entwurf zahlreicher Fertigungsverfahren eingesetzt. In einigen Anwendungsgebieten, wie dem Gießen, ist der Einsatz von VR sehr weit. In anderen Themen besteht tendenziell Aufholbedarf. Die identifizierten VR-Anwendungen stellen jedoch noch nicht einmal die Hälfte aller möglichen Fertigungsverfahren dar. Hier besteht also noch reichlich Potenzial für die weitere Verbreitung. Gleichzeitig wurde sichtbar, dass häufig nur ein Bruchteil der möglich einsetzbaren VR-Techniken im konkreten Einzelfall zum Einsatz kam. Hier würde sich oft ein Blick über den Tellerrand lohnen. (mz)

* Dr.-Ing. Dipl.-Kfm. Christoph Runde, Geschäftsführer Virtual Dimension Center Fellbach w. V., 70736 Fellbach.

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