• Jonas Söntgen

Optimierungspotential des CAM-Prozesses für die additive Fertigung

Das Bauteil ist fertig modelliert und simuliert, aber was nun? Wie wird aus dem digitalen Modell ein reales Produkt? In diesem Beitrag zeige ich wie der Prozess nach der Konstruktion häufig abläuft und wie er durch die Zusammenführung verschiedener Softwarepakete optimiert werden kann.



Beim “Slicen” (engl. in Scheiben schneiden) wird das digitale Modell, wie die Bezeichnung bereits vermuten lässt, in viele einzelne Schichten geschnitten. Für jede Schicht werden anschließend die Bewegungsabläufe des 3D-Drucks erstellt. Zudem werden verschiedenste Parameter, wie beispielsweise die Druck-Temperatur und Geschwindigkeit eingestellt. Ebenso werden beim “Slicen” Einstellungen, welche die Eigenschaften des Bauteils bestimmen (Wandstärke, Füllung, etc.), festgelegt.


Vom digitalen Modell zum 3D-Druck

In den meisten Fällen wird nach der abgeschlossenen Konstruktion, ein Netzkörper des Modells aus dem CAD-Programm exportiert. Der Netzkörper ist eine stark vereinfachte Beschreibung der Bauteiloberfläche durch viele kleine Dreiecke. Das gängigste Dateiformat hierfür ist die STL-Datei. Jedoch gewinnt auch die 3MF-Datei immer mehr an Popularität. Aber dies ist ein Thema für einen anderen Artikel. Der exportierte Netzkörper wird anschließend in eine zusätzliche Software, den “Slicer”, geladen und dort für die additive Fertigung vorbereitet. Am Ende steht eine Abfolge von Steuerbefehlen die dem Drucker als “Bauanleitung” für das Bauteil dient. Das häufigste Dateiformat ist hier der sogenannte “Gcode”. Jedoch ist es nicht unüblich, dass große Hersteller von 3D-Druckern, ihre eigene Slicing-Software mit speziellen Ausgabedateien haben und man so gezwungen ist für verschiedene Maschinen unterschiedliche Slicer zu verwenden. Jedes Bauteil unterläuft also vor dem eigentlichen 3D-Druck einen komplexen Prozess mit mehrfachen Import/Export in verschiedene Softwarepakete. Der Datenfluss wird dabei jedes mal unterbrochen und Informationen gehen verloren.



Wäre es nicht einfacher alles unter einem Dach zu haben?

Von der Modellierung bis zur druckfertigen Datei - ohne etliche Brüche der Datenstruktur. Dieser neue Ansatz steckt beispielsweise hinter dem CAM-Modul für die additive Fertigung in Fusion 360. Wie bereits für CNC-Fräsen etc. bekannt, kann mit einem Klick zwischen Modellierungs- und Fertigungsbereich gewechselt werden. So sind Veränderungen ohne weitere Zwischenschritte möglich. Wird das ursprüngliche 3D-Modell verändert, werden nahezu automatisch die Steuerungsbefehle für den 3D-Drucker angepasst. Das wiederum ermöglicht erheblich schnellere Iterationsschritte. Es kann aus einer Auswahl an verschiedenen vorinstallierten Druckerprofilen gewählt werden, sodass im Optimalfall nicht einmal Druckeinstellungen wie Temperatur, Geschwindigkeit etc. angepasst werden müssen. Zudem fällt, aufgrund des nicht mehr notwendigen Exports der Netzkörper, ein großer Berg an unnötigen Daten weg. Pro Druck wird lediglich eine Datei, die Steuerbefehle, exportiert bzw. direkt an den 3D-Drucker gesendet. Hierdurch wird auch eine mögliche Fehlerquelle eliminiert, da die Umwandlung in einen Netzkörper immer eine Vereinfachung / Verfälschung des Bauteils darstellt. Ein weiterer Vorteil, welcher sich aus der Verknüpfung von Slicer und CAD-Program ergibt ist, dass zukünftig Simulationsergebnisse in den Slicing-Prozess eingebunden werden könnten. Beispielsweise könnte durch eine FEM-Simulation festgelegt werden, wo welche Fülldichte des Bauteils notwendig ist.


Fazit

Abschließend lässt sich festhalten, dass der Ansatz, die Konstruktion mit der Druckvorbereitung von Bauteilen in einem Programm zu vereinen, sehr sinnvoll ist. Besonders die auf Dauer enorme Zeitersparnis, sowie die Reduktion von potentiellen Fehlerquellen spielen hier eine bedeutende Rolle. Jedoch sind die Möglichkeiten dieser Zusammenführung zum jetzigen Stand noch bei weitem nicht ausgereizt und es mangelt oft am Willen der Druckerhersteller einen gemeinsamen Standard zu erstellen. Dennoch sehe ich großes Potential und bin gespannt was die Zukunft bringt.