Um alle Vorteile der additiven Fertigung zu nutzen oder Objekte überhaupt erst druckbar zu machen, müssen fertigungsgerechte Daten erstellt werden. So funktioniert es.
Glossar
Wichtige Begriffe der additiven Fertigung und deren Anwendung in die Praxis.
Was bedeutet Bauteiloptimierung für die additive Fertigung?
Die Bauteiloptimierung in der additiven Fertigung bedeutet nicht nur effiziente Gestaltung, sondern auch die Maximierung von Leistung und Funktionalität. Dazu werden die digitalen Daten mit verschiedenen Methoden optimiert bzw. neu erstellt.
Unser Vorgehen
Wir haben viele Jahre Erfahrung bei der Bauteiloptimierung. Dabei haben wir einen festen Ablauf entwickelt um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen.
1. Zielformulierung
Erfassen von quantitativen und qualitativen Kundenzielen sowie technischen Spezifikationen.
Die Bauteiloptimierung für die additive Fertigung kann verschiedene Ziele verfolgen. Daher ist es wichtig vorab genau zu klären welche Ziele für den Kunden von Bedeutung sind um die richtigen Prioritäten zu setzen.
Erstens geht es darum, die vorhandenen CAD-Daten auf ihre Fertigungsgerechtigkeit für additive Verfahren zu überprüfen. Dabei sollen ineffiziente oder für die additive Fertigung ungeeignete Geometrien identifiziert und verbessert werden.
Zweitens zielt die Optimierung darauf ab, die Vorteile der additiven Fertigung voll auszuschöpfen. Dies beinhaltet die Reduktion von Materialeinsatz, Gewichtsoptimierung und die Schaffung komplexer Strukturen, die konventionelle Fertigungsverfahren nicht ermöglichen.
Ein weiteres Ziel ist die Steigerung der Gesamteffizienz des Fertigungsprozesses. Durch Anpassungen an bestehenden Bauteilen können Herstellungszeiten verkürzt und Kosten reduziert werden.
Schließlich soll die Bauteiloptimierung sicherstellen, dass die fertigungsgerechten CAD-Daten die höchsten Standards bezüglich Qualität, Festigkeit und Funktionalität erfüllen. Dies ermöglicht eine reibungslose Umsetzung in der additiven Fertigung und trägt dazu bei, die Gesamtleistung des Bauteils zu maximieren.
Die Zielformulierung ist entscheidend um im Optimierungsprozess die Schwerpunkte in Bezug auf
Design to cost
Design to function
Design to quality
Design to [...]
richtig zu setzen. Nur so entstehen mit der additiven Fertigung wirklich erfolgreiche Bauteile.
2. Optimierung
Weiterentwicklung der Konstruktionsdaten nach Kosten-, Funktions- und Prozesszielen für die additive Fertigung
Die Optimierung kann, muss aber nicht alle, der folgenden Methoden beinhalten:
Analyse der bestehenden CAD-Daten: Der Ausgangspunkt ist eine detaillierte Analyse der vorhandenen CAD-Daten. Dies beinhaltet die Überprüfung der Geometrie, Materialeigenschaften und Fertigungstoleranzen.
Fertigungsgerechte Konstruktion: Durch die Anwendung spezifischer Designrichtlinien für additive Fertigungsverfahren wird die Geometrie des Bauteils so optimiert, dass es ideal für den 3D-Druck geeignet ist. Hierbei werden beispielsweise Überhänge und Stützstrukturen minimiert.
Topologieoptimierung: Einsatz von Topologieoptimierung, um Material dort zu platzieren, wo es am effizientesten genutzt wird. Dies ermöglicht eine Gewichtsreduktion bei gleichzeitiger Beibehaltung oder sogar Verbesserung der Bauteilfestigkeit.
Generatives Design: Nutzung von generativem Design, um mithilfe von Algorithmen und KI-Technologien innovative Designlösungen zu generieren. Dies führt zu organischen, leichteren Strukturen, die herkömmliche Designs übertreffen können.
Simulation und Virtuelles Prototyping: Anwendung von Simulationen, um das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Belastungen zu analysieren. Dies ermöglicht die Optimierung von Wandstärken, Hohlräumen und Strukturmerkmalen, um die Leistung zu maximieren.
Kosteneffizienz-Analyse: Durchführung einer Kosten-Nutzen-Analyse, um sicherzustellen, dass die Optimierung nicht nur die Leistung, sondern auch die wirtschaftliche Fertigung des Bauteils verbessert.
3. Überprüfung durch Prototyping
3D-gedrucktes Modell, Material und Fertigungsverfahren entsprechen nicht dem Serienteil Design
Von dem Bauteil wird, je nach Anwendungsfall, ein oder mehrere Prototypen erstellt und getestet. Dabei wird Funktion, Montage sowie die allgemeine Erfüllung der Anforderungen unter möglichst realitätsnahen Bedingungen überprüft. Sollten beim Prototyping noch Anpassungswünsche durch den Kunden , bzw. Anwender auftreten, können diese noch umgesetzt werden.
4. Design Freeze (Meilenstein)
Der Konstruktionsprozess wird durch Kundenfreigabe abgeschlossen und anschließend keine grundlegenden Änderungen mehr durchgeführt.
Mit der Freigabe der Konstruktion durch alle Verantwortlichen erfolgt der Design Freeze. Mit diesem wichtigen Meilenstein wird der agile Konstruktionsprozess abgeschlossen. Um eine wiederholbare, zuverlässige und qualitätssichere Serienfertigung zu gewährleisten, erfolgt die Produktionsplanung nach bewährten und anerkannten Methoden. Wie bei jeder Produktentwicklung, sind Änderung an der Konstruktion ab jetzt mit hohen Kosten verbunden und sollten daher vermieden werden.
5. Produktionsplanung
Finale Definition von Abrufauftrag (Chargengröße, Lieferzeiten, Kosten). Erstellen einer technischen Dokumentation bestehend aus Fertigungszeichnungen, Arbeitsanweisungen und Qualitätsmanagement
6. Nullserie
Erprobung durch den Kunden unter realen Bedingungen mit Bauteilen die im Serienmaterial und Serienverfahren gefertigt werden.
Bei der Nullserie kommt das Bauteil zum ersten mal in den realitätsnahen Einsatz. Es hat sich bewährt, diesen wie einen Versuch zu behandeln und entsprechend durchzuführen und zu dokumentieren. Die Erfahrung zeigt, dass insbesondere zu Beginn viele Informationen und Erkenntnisse gewonnen werden können. Diese können, wenn gewünscht, für die zukünftige Weiterentwicklung und Optimierung genutzt werden. Der Kunde erhält dazu eine Vorlage zur Protokollierung der Nullserienversuche.
7. Ergebnisse (Deliverables)
1. Konstruktionsdatensatz bestehend aus 3D-CAD Modell (z.B. STEP-Format), Stückliste, Fertigungszeichnungen von Fräs- un Drehteilen.
2. Angebot über Abrufauftrag mit Chargengröße, Lieferzeiten, Kosten und Lieferbedingungen.
Arbeitsweise
Sie erhalten von uns einen passwortgeschützten Zugang zum 3D-CAD-Modell in unserem Online-Tool. Dort haben Sie die Möglichkeit den Konstruktionsstand zu Verfolgen und sich aktiv in den Konstruktionsprozess einzubringen. Sie benötigen dafür keine spezielle Software. Zusätzlich stellen wir Ihnen zu jeder Zeit die Konstruktionsdaten im neutralen Datenaustauschformat ".STEP" zur Verfügung. Viele weitere Datenformate sind außerdem möglich.
Bei dem aufgeführten Ablauf handelt es sich um ein bewehrtes Vorgehen. Sollte es notwendig oder sinnvoll werden davon abzuweichen werden wir das frühzeitig kommunizieren und gemeinsam mit Ihnen das weitere Vorgehen abstimmen.
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