Bauteilsimulation

Die Computersimulation und die Technologien des Rapid Prototyping/ Rapid Tooling (RP/RT) bergen großes Potenzial zur Kosten- und Zeitersparnis in der industriellen Produktentwicklung und gewinnen daher immer stärker an Bedeutung. Noch bevor ein Produkt, zum Beispiel ein neu entwickeltes Maschinenbauteil, tatsächlich gefertigt wird, kann der gesamte Entstehungsprozess kostengünstig und schnell optimiert werden. In einem weiteren Schritt können mit Hilfe des RP/RT ebenso erste Prototypen, Kleinserien oder auch Werkzeugeinsätze für verschiedenste Fertigungsverfahren hergestellt werden. Neben der Simulation sind so auch eine vollständige reale Bauteilüberprüfung und -optimierung möglich.

Topologieoptimierung – Belastungsgerechte Gestaltung von Bauteilen

Generative Verfahren bieten eine einfache Möglichkeit, so genannte topologieoptimierte Strukturen zu fertigen. Die Topologieoptimierung meint hier die Konstruktion, Simulation und Fertigung gradierter zellularer Strukturen für mechanisch belastete Bauteile mit hoher Steifigkeit und geringem Gewicht. Material wird nur dort aufgebaut, wo es belastungsgerecht gebraucht wird. Die Verfahren basieren unter anderem auch auf optimierten Verteilungen unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften im Bauteil.

Bauteilsimulation

Im Produktentwicklungsprozess setzt das Kompetenzfeld Additive Fertigung auf virtuelle Simulationstechniken, die den gesamten Bereich von der Statik bis zur Dynamik abdecken. Darüber hinaus entwickeln wir Werkzeuge, mit denen auch transiente, stark nichtlineare Berechnungen, beispielsweise Falltest-, Traglast- und Versagensanalysen durchgeführt werden können. Innerhalb der CAD-basierten Simulationsplattform lassen sich so einzelne Bauteile und selbst große Baugruppen sehr einfach und effizient handhaben. Spezielle Module für die konstruktionsbegleitende Berechnung erlauben auch sporadischen Anwendern, ihre Entwürfe und Ideen direkt am CAD-Arbeitsplatz zu überprüfen.

Komplexe innere Strukturen

Hier können additiv fertigende Verfahren und Systeme besonders punkten: mit ihrer fast völligen Freiheit hinsichtlich der produzierbaren Geometrie – vor allem im Inneren eines Bauteils. So lassen sich zum Beispiel innere Geometrien herstellen, die der Gewichtsersparnis bei gleichzeitigem Erhalt der mechanischen Festigkeit dienen. Auch die Nachbildung des menschlichen Knochenaufbaus oder die Anlage von Reservoiren in Implantaten für eine Langzeitmedikation sind denkbar. Außerdem eignen sich diese Verfahren für die Herstellung von Bauteilen mit konturnahen Kühlkanälen, etwa bei Spritzgießwerkzeugen, aber auch wabenähnliche Strukturen zur Strömungsführung lassen sich fertigen. Interne, sich wiederholende Geometrien zur Vergrößerung der inneren Oberfläche lassen sich mit diesem Verfahren herstellen, zum Beispiel für einen besseren Energie- oder Stoffaustausch in Apparaten zur Wärmerückgewinnung oder Filtration.

Simulation für Leichtbaustrukturen

Eine belastungsgerechte und gewichtsoptimierte Auslegung komplex strukturierter Leichtbauteile wird oft erst durch geeignete Simulationswerkzeuge erreicht. Damit kann frühzeitig der Einfluss verschiedener Ausgangs- und Betriebsparameter auf das Bauteilverhalten untersucht und optimiert werden. Die Modellierung und Simulation verifiziert schon in der Entwicklung konstruktions- und fertigungsgerechte Lösungen und verhindert Planungsfehler, die hohe Folgekosten und Zeitverzögerungen verursachen. Spezielle Modellierungs- und Simulationstools erlauben uns eine effiziente Beschreibung mathematischer Berechnungs- und Modellfunktionen, bieten Zugriff auf statische, dynamische oder reale Messdaten und stellen die Modellergebnisse grafisch dar.

Simulation der Konstruktion - Virtuelle Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen

Die virtuelle Inbetriebnahme einer Maschine oder einer komplett automatisierten Anlage bietet den Vorteil, die Steuerungssoftware bereits während der Konstruktion und Entwicklung zu testen und zu optimieren. Die Basis dafür bildet eine Echtzeitsimulation, die das Verhalten der gesamten Maschinenkonstruktion oder einzelner Komponenten nachempfindet. Das Kompetenzfeld Additive Fertigung bietet auf dieser Basis Konzepte, Werkzeuge und Methoden für die Entwicklung solcher Systemmodelle an, die Ihnen die einige Vorteile bieten:

• Kurze Entwicklungszeiten durch Softwareentwicklung am Maschinen-/Anlagenmodell
• Qualitätssicherung der Steuerungssoftware
• Weiterführende Nutzung funktionaler Modelle.

Tests und Validierung

In vielen Branchen kommen heute Standardprodukte aus verschiedenen CAD-Baukastensystemen zum Einsatz. Die letzten Bauteile, die den eigentlichen Kontakt zum Produkt haben, werden aber mit hohem Aufwand produktindividuell und in Einzelstücken oder Kleinstserien hergestellt.

Der Einsatz generativer Fertigungsverfahren verbessert nicht nur punktuell die Qualität von Teilfunktionalitäten, es lassen sich auch ganze Funktionsbaugruppen direkt herstellen, die ohne weitere Montageschritte einsatzbereit sind.