Bionika - A lépek és a csontok ihlették
Akár sejtek, akár csontok, akár fák: A 3D nyomtatás lehetővé teszi az ilyen szerkezetek gazdaságos előállítását. Feltétel: holisztikus megközelítés és teljesen digitalizált folyamat. A Dassault Systémes 3D élményplatform csak egyet kínál.
Stabil, könnyű és rendkívül funkcionális: A természet utánzása a műszaki alkatrészek gyártásában mindig is vonzó volt, de a közelmúltig bonyolult és drága volt. A klasszikus gyártási folyamatok csak korlátozott geometriai lehetőségeket engedtek meg. Az adalékanyag-gyártással viszont már nagyon összetett, a természeten alapuló geometriák valósíthatók meg, például méhsejt- és spirálformák, önhordó rácselrendezések és sejtszerkezetek, amelyeket méhsejtek vagy csontok ihlettek.
Az ilyen struktúrák használatát az is alátámasztja, hogy könnyű konstrukciókat lehet megvalósítani: A bionikus konstrukciós módszertan 3D nyomtatással kombinálva csökkenti az egyes alkatrészek anyagsúlyát és teljes anyagfogyasztását a Bitkom "3D nyomtatás - sikertörténet a digitális helyszínhez" című tanulmánya szerint 2017-től. akár 90 százalékkal. De csak az additív gyártáshoz igazított, teljesen virtuális termékfejlesztés teszi lehetővé mindezen előnyök kihasználását és egyúttal a költséges tesztnyomtatások vagy a helytelen nyomatok elkerülését.
Egységes adatmodell és együttműködési platform
"A sikeres adalékanyaggyártáshoz olyan holisztikus megközelítésre van szükség, amelyben a tudományterületek és a részlegek széles skálája szorosan együttműködik." egységes adatmodellen és közös grafikus felületen, amint azt a 3D élményplatform kínálja. "
Eddig szinte mindenki, aki részt vett a termékfejlesztésben, külön modellekkel dolgozott: kezdve a geometriai modelltől (CAD), a gyártási és összeszerelési modellen keresztül, a funkciót leíró szimulációs modellekig, amelyeken például fizikai modellezést végeztek. Werner szerint azonban ez következetlen, nem hatékony és drága volt. Az egységes adatmodellnek és egy együttműködési platformnak köszönhetően ezek a modellek már összekapcsolhatók egymással - az egész vállalatra kiterjedően, vagy akár a vállalatok között. A geometriai modell alapján hozzáadhatók a szükséges, eltérő részletességű funkcionális modellek, és minden termékdöntés a modell alapján virtuális támogatással hozható meg. Ezenkívül a funkcionális modellek automatikusan figyelembe veszik a geometria változásait anélkül, hogy azokat a kezdetektől újra fel kellene építenie.
A központi platform és az egységes adatmodell segítségével a vállalatok az összes releváns tervezési és gyártási döntést előre digitálisan feltérképezhetik: Például a szimulációk segítik a tervezőket abban, hogy megtalálják az ideális alkatrésztervet, figyelembe véve a funkcionális követelményeket. Különféle tervezési változatokat tervezhet, majd elemezheti és összehasonlíthatja őket. Például a termék súlya gyorsan csökkenthető az összes többi követelmény figyelembevételével.
Levonja az ismereteket az alkatrész további fejlesztéséhez
Mint más eljárásoknál, az additív gyártásnál a gyártott alkatrész általában kissé eltér az eredeti kiviteltől. A 3D nyomtatásban ez többek között a belső hőfeszültségeknek köszönhető. A digitalizált folyamatnak köszönhetően az elkészített alkatrész részletesen összehasonlítható a gyakorlatilag gyártott alkatrésszel. Speciális alkalmazások segítségével a fejlesztő mérnök előre kompenzálhatja az előre jelzett eltéréseket. "A fejlesztési folyamat zökkenőmentes digitális képének köszönhetően minden egyes lépésből betekintést nyerhetünk az alkatrész további fejlesztéseibe" - magyarázza Werner. Mielőtt ezt ténylegesen kinyomtatnák, a vállalatok tesztelhetik a legkülönfélébb változatokat gyárthatóságuk szempontjából - például összetett szerves formák.
90 százalékos súlymegtakarítás
Tervezési tanulmányban Dassault Systèmes kifejlesztett egy műanyagból nyomtatott alkatrészt. A 3D nyomtató egy vékony Kevlar-szálat helyez be a különösen megterhelt területekre, mielőtt a következő réteget permetezik. Ez egy olyan rendkészítő része, amely az öntött fém elődjét helyettesíti. A cél egy jelentős súlycsökkenés volt.
Ha megnézzük a végeselemzés (FEA) terheléseit, akkor észrevehető, hogy a régi komponens térfogatának talán a fele nem vesz fel terhelést, és így csak felesleges súlyt és költségeket okoz. Sok mérnök azonban vonakodik elhagyni a korábbi anyagokat. A szoftver segít az újragondolásban. A gyakorlatban például így néz ki: Először a tervezők egy CAD programban tervezik meg az alkatrészt. Most szimulációs megoldások segítségével kiszámítják és elemzik az összetevő geometriai változatait. A program a meghatározott gyártási folyamat segítségével automatikusan figyelembe veszi a gyárthatóságot is. Ezt a szimulációs, elemzési és fejlesztési folyamatot automatikusan megismételjük, amíg az alkatrész a lehető legközelebb áll a kívánt eredményhez, azaz a lehető legkisebb súlyú.
Itt játszanak szerepet a bionika: a fa ágai nem egyszerűen vastagodnak, hogy jobban ellenálljanak a szélnek és a hónak, de további fa csak a kritikus területeken nő. Emiatt az ágak nem nyúlnak ki függőlegesen és éles szélekkel a törzsből, hanem felülük görbével rendelkeznek, mint átmenet és kiegészítő anyagként a gyökér és a törzs között. Az ilyen lágy átmenetek a természetben általánosak, optimálisan illeszkednek a terhelésekhez, de bonyolultabbak a kivitelezésben.
Első alkalommal, pontosan elkészítve a belső rácsszerkezeteket 3D nyomtatással
A megfelelő szoftver segítségével ilyen gördülékeny átmenetek hozhatók létre, és a belső szerkezet egyszerre optimalizálható. Ezenkívül különféle rácsszerkezetek épülhetnek be, amelyek a természet mintájára épülnek, például egy csont, amely könnyű, ugyanakkor porózus töltésének köszönhetően merev. Először lehet ilyen belső rácsszerkezeteket pontosan elkészíteni 3D nyomtatással. Az átmenetnél az alkatrész belsejében a rács megvastagodik, néhol kicsi a rés, másutt nagyon szellős. Ily módon a neuralgikus területek megerősödnek, miközben kevesebb anyagot használnak fel. A szénaréna fent említett alkatrészét a Simulia Tosca Structure szimulációs megoldás segítségével optimalizáltuk. 90 százalékos súlymegtakarítást eredményez az elődhöz képest, de ugyanolyan stabil, mint a régi casting. (Aha)