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Pictures of the Future
Das Magazin für Forschung und Innovation
 

3D-Druck

Unikate in hohen Stückzahlen

Vorher / nachher: Mithilfe der Siemens NX Software haben Designer und Ingenieure die Möglichkeit, eine gänzlich neue Generation von Produktdesigns zu gestalten und zu optimieren, da Leistungsanforderungen bereits von Anfang an berücksichtigt werden können. Die entstehenden organischen Formen sind ultraleicht und optimal auf alle Leistungsanforderungen zugeschnitten.

Eine neue Software verzahnt erstmals additive und klassische Fertigungstechniken und macht so den Weg frei zur Herstellung individueller Produkte für den Massenmarkt.

Siemens integriert die additive Fertigung in seine Software-Suite für Produktentwicklung, NX. Der 3D-Druck bietet im Gegensatz zu klassischen Fertigungstechniken völlige Gestaltungsfreiheit. In Zukunft soll es so auch möglich sein, individualisierte Produkte für den Massenmarkt zu produzieren.

Noch gibt es Hürden bei der Integration klassischer und additiver Fertigung. 3D-Druck beruht auf völlig anderen Gestaltungstechniken und erzeugt ganz andere Datenformate. Gleichzeitig setzt die Industrie im Zuge der Digitalisierung auf durchgängige Software-Tools für alle Phasen der Produktentwicklung und auf die nahtlose Dokumentation aller relevanten Daten zum Produkt. Um additiv gefertigte Teile in diese Systeme zu integrieren, müssen mühsam Datenformate umgewandelt oder Produktinformationen nachgepflegt werden. Siemens hat nun eine Technologie entwickelt, die diese Lücke schließt.

3D-Druck erlaubt völlig beliebige Formen und ist daher vor allem für die Auto-, Luft- und Raumfahrtindustrie interessant.

Leichtbau neu gedacht

Anders als traditionelle Verfahren wie Fräsen, Spritzen, Stanzen oder Gießen erlaubt der 3D-Druck völlig beliebige Formen. So entstehen zum Beispiel neuartige Leichtbaukomponenten mit Hohlräumen oder Wabenstrukturen. Das macht die Technik vor allem für die Auto-, Luft- und Raumfahrtindustrie interessant. Mittlerweile haben viele 3D-Druck-Techniken eine ähnlich Genauigkeit wie die klassischen Verfahren erreicht und damit eine wichtige Hürde für die industrielle Produktion genommen.

Durchgängige Datenformate

Eine Herausforderung für die Integration von 3D-Druck in industrielle Produktionsprozesse liegt in der völlig unterschiedlichen Art, Produkte zu gestalten. Klassische CAD-Verfahren orientieren sich an den entsprechenden Fertigungsmethoden und erzeugen präzise definierte Geometrien. 3D-Druck-Design dagegen verwendet oftmals facettierte Daten, die beliebig geformte Körper aus Polyedern zusammensetzen. Die hohe Gestaltungsfreiheit im 3D-Druck geht aber mit einer geringeren Präzision einher.

Siemens hat eine völlig neue Technologie, das sogenannte Convergent Modeling, entwickelt, um diese beiden Welten in einer Softwarelösung zusammenzubringen. Weil Convergent Modeling nun Teil von NX ist, können Produktentwickler künftig in ihrem gewohnten CAD-Programm Produkte für 3D-Drucker gestalten, ohne sich um die Konvertierung ihrer Daten kümmern zu müssen. Die nahtlose Rückverfolgung aller produktrelevanten Informationen ist so gewährleistet.

Radikal neue Designmöglichkeiten

Mit Convergent Modeling können Designer die Möglichkeiten des 3D-Drucks auf völlig neue Weise nutzen. Generatives Design nennen Fachleute die Methode, ein Produkt frei von Fertigungsbeschränkungen konsequent entlang den Anforderungen zu gestalten. Für ein Verbindungsteil zum Beispiel würden der verfügbare Platz, die Übergabepunkte zu anderen Komponenten und die wirkenden Kräfte vorgegeben. Seit seiner letzten Version 11.0.1. bietet NX spezielle Programme, sogenannte Topologie-Optimierer, die daraus automatisch die für die Produktfunktion beste Geometrie berechnen. So entstehen Produkte, die im Vergleich zu ihren traditionellen Pendants deutlich leichter, aber genauso stabil sind. Die Verarbeitung gedruckter Teile mit konventionellen Fertigungsmethoden gelingt ebenfalls: Die gröbere Geometrie des 3D-Druck-Designs lässt sich in Bereichen wie zum Beispiel Bohrungen auf CAD-Niveau präzisieren und dann fertigen. Einfacher wird auch die Arbeit mit gescannten Geometrien. Designer integrieren schon heute 3D-Scans bestimmter Elemente in den Gestaltungsprozess. Convergent Modeling erlaubt jedoch die nahtlose Integration gleich mehrerer Datenmodelle und ist deshalb geradezu prädestiniert für die 3D-Drucktechnologie.

Bedeutende Industriekooperationen

Mit der neuen Technologie treibt Siemens die Integration der additiven Fertigung in Industrieprozesse weiter voran. Zusammen mit Trumpf, einem der weltgrößten Werkzeugmaschinenhersteller, rüstete das Unternehmen eine Anlage zum Laserschmelzverfahren (Laser Metal Fusion) mit einem NX-Arbeitsplatz aus. Das Ergebnis ist ein 3D-Drucker, der direkt aus NX, also aus einer CAD-CAE-CAM-Umgebung angesteuert werden kann.

Christine Rüth