3D-Druck, Bild: © stokkete - Fotolia

Konstrukteure müssen beim 3D-Drucken vieles beachten: Sie müssen sich Gedanken über ein verfahrensgerechtes Design, das Material, die Strukturanalyse, die Auswahl des richtigen Druckverfahrens, die Verschachtelung, die Stützkonstruktion und Weiterverarbeitung machen. Bild: © stokkete - Fotolia

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in Ihrem Büro in Deutschland und konstruieren ein Teil, das dringend in Brasilien gebraucht wird. Anstatt nun die Teile hier fertigen zu lassen, um sie dann anschließend um die halbe Welt zu schicken, starten Sie einfach einen 3D-Druck in Sao Paulo und die Sache ist in wenigen Stunden erledigt. Das ist heute bereits durchaus umsetzbar und nur ein Beispiel von vielen, das zeigt, wie die additive Fertigung bisherige Prozesse und Denkweisen verändert. Die Vorteile einer unmittelbaren Metamorphose vom virtuellen Modell zum greifbaren Teil liegen auf der Hand. Dennoch ist die konsequente Umsetzung nicht überall gängige Praxis. Die Industrie beginnt erst, sich diese neue Technologie zu erschließen. Mittlerweile sind 3D-Drucker durchaus erschwinglich und locken mit ungeahnten Möglichkeiten.

Das weite Feld des 3D-Drucks

NX, Bild: Siemens
NX hilft bei der optimalen Nutzung des 3D-Druckraums. Der automatische Druckassistent hilft bei der Schachtelung von Teilen, um jeden Millimeter des Druckraums zu nutzen. Die nötigen Stützstrukturen werden automatisch erstellt. Bild: Siemens

Was also hindert den Konstrukteur noch an der öfteren Anwendung? Es sind die vielen unterschiedlichen Aspekte in der Prozesskette, bis ein tatsächlich verwertbares Teil entsteht. Das beginnt beim Konstruktionsansatz und erstreckt sich über ein verfahrensgerechtes Design, Materialfragen, Strukturanalysen und Austauschformate bis hin zu Themen wie der Auswahl des richtigen Druckverfahrens, Verschachtelung, Stützkonstruktion und Weiterverarbeitung. Ein weites Feld also, auf dem der Konstrukteur oft allein gelassen wird oder sich zeitraubend neue Erfahrungen aneignen muss.

Siemens PLM Software bietet eine umfassende Lösung, die den gesamten Prozess abbildet. Was viele nicht wissen: Aus dem bewährten 3D-CAD-Programm NX lässt sich inzwischen der gesamte Workflow effizient und ohne Medienbrüche durchführen.

Der Clou ist ein intelligenter Assistent zur Topologieoptimierung, der den Anwender von A bis Z unterstützt. Hier entstehen völlig neue Konstruktionsalternativen, die rein durch die Anforderungen wie Kraftübertragung oder Materialdefinition bestimmt werden. Dieser führt wie von selbst zur häufig geforderten Leichtbauweise. Gleiche Stabilität bei weniger Material bringt mehr Effizienz. Darüber hinaus bekommen die Modelle ein attraktives Design mit organischer Formgebung. Durch die Convergent-Modeling-Technologie wird ein durchgehendes Datenformat bereitgestellt, das sowohl die Facetten- als auch die klassische CAD-Modellierung vereint. Mit ihr wird der Weg von der gescannten Oberfläche, die direkt in NX weiterverarbeitet wird, hin zum gewünschten Teil aus dem 3D-Drucker geebnet. Damit gelingt beispielsweise Herstellern von Prothesen oder Knochenplatten die exakte Anpassung von Teilen an vorhandene Geometrien.

Webinar: 3D-Druck und Design mit HP (Quelle: ke NEXT TV)

Leistungsoptimierung von Teilen

Bei der Leistungsoptimierung des Teils greift der Konstrukteur auf ein skalierbares CAE-Portfolio zurück. Es können zum einen konstruktionsnahe Berechnungen wie linear-statische und Lebensdauer-Analysen durchgeführt werden, zum anderen steht die volle Bandbreite des Simcenter-Portfolios in Verbindung mit NX Nastran zur Verfügung. Diese Werkzeuge ermöglichen multidisziplinäre Berechnungen wie Vibrationsverhalten, Akustik, Mehrkörpersimulation, Strömung und Wärmeverteilung. So kann der digitale Zwilling unter realen Bedingungen getestet werden. Dies ist gerade bei völlig neuen Produktalternativen unumgänglich.

Im nächsten Schritt bietet NX intelligente Druck-Analysewerkzeuge an. Sie prüfen, ob das Modell überhaupt für den 3D-Druck geeignet ist. Diese Validierung umfasst die Einhaltung von minimalen Wandstärken, das Erkennen von Überhängen, die eine Stützkonstruktion erfordern, und vor allem das Anzeigen von eingeschlossenem Volumen. Ohne diese Validierung würde es zu unerwünschten Ablagerungen von Pulverresten kommen. Außerdem prüft der Assistent, ob das Teil in das Bauvolumen des jeweiligen Druckers passt. Die Überprüfung dieser Punkte in der Vorbereitung schützt vor unliebsamen Überraschungen, die ansonsten erst beim Druckauftrag auftreten.

Mehr zum Thema 3D-Druck finden Sie hier in unserem exklusiven Special. Themen sind hier unter anderem ein Video zum 3D-Druck eines Autos, ein Interview mit RepRap über den 3D-Druck mit Anspruch von Spritzgussqualität oder die Entwicklung des 3D-Drucks.