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3D-Druck oder additive Fertigung mag in aller Munde sein und die Welt leise revolutionieren, aber eigentlich ist es ein alter Hut. 3D-Druck wurde 1981 erfunden und 1988 konnte man das erste Gerät kaufen. Seitdem hat sich viel getan, und sowohl in der professionellen Welt als auch in der Hobbybranche haben wir einen langen Weg zurückgelegt. Derzeit können Sie einen zuverlässigen 3D-Drucker mit einer Fläche von 300x300x400 für nur 250 € direkt aus China nach Hause geliefert bekommen. Die Ergebnisse sind beeindruckend, vor allem wenn man sie mit dem Preis des Geräts vergleicht. Beeindruckend ist auch die einfache Technik, mit der man heutzutage sehr gute Ergebnisse erzielen kann.
Bei mir zu Hause gibt es einen solchen Drucker, der alles herstellt, von Ersatzteilen bis hin zu Star-Wars-Figuren und allem anderen, was mir einfällt. Auch meine Partnerin ist von dem Drucker begeistert. Ihr letztes „Projekt“ war eine Ausstechform für einen Obstkuchen, auf dem sie Mangos in Form einer Blume platzierte. Das Ergebnis führte zu viel Lob und zu der Frage, wie sie diese Mangoblumen erschaffen haben könnte.
Bei den bedruckbaren Materialien hat sich viel getan, so dass jetzt auch ein Hobbydrucker mit kohlenstoffverstärktem Polyester arbeiten kann. In der professionellen Umgebung kann alles gedruckt werden, von Kohlenstoff über Titan bis hin zu biologischem Material und Beton. Viele dieser Innovationen wurden durch Software und immer leistungsfähigere – aber auch günstigere – Hardware vorangetrieben.
Ein Problem blieb jedoch lange Zeit bestehen:
Wie konstruiert man ein optimales, additiv gefertigtes Teil richtig?
Das Problem ist nicht einmal die äußere Form. Abgesehen von den Überhängen ist das große Problem das Innenleben der additiv gefertigten Objekte. Um ein Teil zu fertigen, muss eine Software das Modell zunächst „zerschneiden“, d. h. in Schichten aufteilen und Werkzeugwege für die Konturen des Modells erzeugen. Damit das Modell nicht zusammenbricht, wird es mit dem so genannten „Infill“ gefüllt. Dieses kann zum Beispiel aus Dreiecken oder dem sehr beliebten Wabenmuster bestehen. Einerseits spart man mit diesen Mustern Gewicht und Material, andererseits kann man die Druckzeit erheblich reduzieren.
Die Slicer-Programme können jedoch nur die hohlen Teile mit einem Muster ausfüllen, sie erkennen nicht, wo stärkere Beanspruchungen auftreten und daher eine höhere Dichte an Infill benötigt wird oder wo man weniger verwenden kann. Selbst manuell ist dies in der Regel nicht möglich. Im Allgemeinen können Sie nur die Form oder die prozentuale Dichte vom Infill ändern.
PTC hat diesen Umstand erkannt und, wie ich glaube, einen großen Durchbruch erzielt, wie wir als Designer mit dem Innenleben unserer Teile umgehen. Mit der neuen Gitterfunktion in Creo Parametric 4.0 und der Weiterentwicklung in der brandneuen Version 5.0 kann das Infill-Muster vollständig parametrisch konfiguriert werden. Durch die Unterteilung in Bereiche können wir auch die Dichte an hochbelasteten Stellen kontrollieren. Dir Erweiterung hat jetzt auch einen Namen. Sie heißt AMX und bietet zusätzlich zu den Funktionen für parametrisches Infill die Möglichkeit, mit der Nesting-Optimierungsfunktion den Raum optimal zu füllen.
PTC Creo Additive Manufacturing
Jetzt kommt der Knackpunkt. Die parametrischen Infill-Strukturen können in Creo Simulate durch eine Laststudie optimiert werden. Auf diese Weise können alle notwendigen Parameter für Gewicht und/oder Stabilität optimiert werden. Darüber hinaus kann Creo Parametric direkt mit den Maschinen der beiden Marktführer Stratasys und 3D Systems arbeiten und arbeitet mit ca. 80% der Metalldrucker.
Die Infill-Strukturen können sowohl in 2,5D als auch in 3D erzeugt werden. 2,5D eignet sich besser für den Kunststoffsektor, insbesondere für FDM-Verfahren. Die 3D-Strukturen eignen sich für Laser-Sinter-Verfahren mit Metall oder Kunststoff, können aber mit den entsprechenden Parametern auch für FDM-Prozesse verwendet werden. In den folgenden Abbildungen sind die Unterschiede zwischen den beiden Formen zu sehen.
Die geschaffenen Strukturen sind vollständige Geometrien und nicht nur Ähnlichkeiten oder Darstellungen. Wir können jedoch die Gitter für eine spätere Simulation idealisieren und sie automatisch in Balken und Massen umwandeln lassen. Die Endpunkte des Strahls werden ebenfalls für Sie erstellt.
Der 3D-Druck ist nach wie vor zeitaufwändig und die Maschinen sind, vor allem im High-End-Bereich, noch recht teuer. Die oben beschriebenen Füllstrukturen dienen nicht nur der Materialeinsparung und Gewichtsoptimierung der Teile, sondern auch der Zeitersparnis. Im professionellen Bereich geht es also darum, den Raum mit möglichst vielen Teilen zu füllen, um eine optimale Nutzung des Druckers zu gewährleisten, da ein Großteil der Zeit durch die Anzahl der Schichten verloren geht. Vor allem im Bereich des Lasersinters, wo auch die dritte Dimension hinzukommt. Die Optimierungsfunktionen von Creo helfen mir, Teile optimal zu platzieren, um die Effizienz zu maximieren und das Beste aus meinem Drucker herauszuholen. Schauen wir uns dies an einem praktischen Beispiel an:
Dieser Installationsbereich wurde manuell eingefügt. Es ist mir nicht möglich, den Raum so auszufüllen, dass alle Teile in meinen Druckraum passen.
Mit der Nesting-Funktion von Creo Parametric ist dies kein Problem mehr. Ich kann alle Teile in einem einzigen Druckvorgang herstellen und bin mit meiner Produktion 50 % schneller, effizienter und vor allem umweltfreundlicher, da ich weniger Energie und weniger Pulver für den Druckprozess benötige.
PTC Creo AMX
Hilft Ihnen, das „Out-of-the-Box“-Denken in Ihrem Unternehmen zu fördern. Optimieren Sie Ihre Designs schneller hinsichtlich Gewicht und Stabilität. Vermeiden Sie Kosten und lange Anlaufzeiten, die bei der klassischen Produktion anfallen. Creo AMX ist das Werkzeug in der heutigen dynamischen Marktumgebung, in der ein Einzelstück zum Preis eines Massenprodukts benötigt wird.
Wenn Sie Interesse an additiver Fertigung haben, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf oder vereinbaren Sie einen Demotermin.
