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Jul

17

3D Drucken mit Creo Parametric

3D Drucken oder, ein bisschen mehr technisch ausgedrückt, additive Fertigung, ist zwar in aller Munde und revolutioniert still und heimlich die Welt, doch ist es schon ein recht alter Hut. Erfunden wurde es 1981 und 1988 konnte man das erste Gerät kaufen. Seit dieser Zeit hat sich viel getan und sowohl in der professionellen Schiene als auch in der Hobbywelt ist man weit gekommen. Aktuell bekommt man einen sehr soliden 3D Drucker mit einem "monströsen" Bauraum von 300x300x400 für gerade mal 250€ direkt aus China nach Hause geliefert. Die Ergebnisse sind beindruckend, umso mehr, wenn man den Preis für das Gerät dagegenstellt. Beeindruckend ist auch, mit welch simpler Technik man heute wirklich gute Ergebnisse erzielen kann.

Bei mir zu Hause steht ein solcher Drucker und erstellt vom Ersatzteil bis zu Star Wars Figuren alles was ich mir so ausdenken kann. Auch meine Partnerin findet den Drucker toll. Ihr letztes „Projekt“ war eine Ausstechform für einen Obstkuchen, auf den Mangos in Blumenform zur Deko gelegt wurden. Das Ergebnis sorgte für sehr viel Lob und Fragen, wie sie denn die Mangoblumen hinbekommen hätte.

Auch im druckbaren Material hat sich viel getan. So kann besagter Hobbydrucker auch Carbon-verstärktes Polyester verarbeiten. Im professionellen Umfeld kann von Carbon über Titan bis hin zu biologischem Material und Beton alles gedruckt werden. Viele dieser Innovationen wurden getrieben durch Software und immer stärkere aber auch günstigere Hardware.

Jedoch blieb für lange Zeit immer noch ein Problem bestehen: Wie konstruiere ich richtig für ein optimales additiv gefertigtes Teil?

Das Problem ist dabei nicht einmal die äußere Form. Abgesehen von Überhängen, ist das große Problem das Innenleben von additiven gefertigten Objekten. Um ein Teil zu fertigen, muss eine Software erst einmal das Modell "slicen". Darunter versteht man das schichtweise Aufteilen und Erzeugen der Werkzeugbahnen für die Konturen des Modells. Damit das Modell nicht in sich zusammenfällt, wird es mit dem sogenannten "Infill" aufgefüllt. Dies kann z.B. aus Dreiecken oder dem sehr beliebten Honigwabenmuster bestehen. Man verwendet diese Muster um zum einen Gewicht und Material zu sparen, auf der anderen Seite kann man so die Druckzeit massiv verkürzen. Die Slicer Programme können aber nur den Hohlraum mit einem Muster auffüllen .Sie erkennen nicht, wo stärkere Belastungen auftreten und so eine höhere Dichte von Infill notwendig ist oder wo man auch mit weniger auskommen würde. Auch manuell ist dies meist nicht möglich. Infill lässt sich meist nur in seiner Form, also z.B. Honigwaben, und die prozentuale Dichte steuern.

PTC hat diesen Umstand erkannt und, wie ich finde, einen großen Durchbruch erzielt, wie wir als Konstrukteure mit dem Innenleben unserer Teile umgehen. Durch die neue Funktion „Gitter“ in Creo Parametric 4.0 und der Weiterentwicklung in der brandneuen Version 5 lassen sich die Infill-Muster komplett parametrisch gestalten. Durch die Einteilung in Bereiche können wir auch die Dichte an hochbelasteten Stellen steuern. Das Modul hat inzwischen auch einen Namen. Es heißt AMX und bietet neben den Funktionen für parametrisches Infill auch die Möglichkeit, den Bauraum optimal zu füllen mit der „nesting optimization“-Funktion.

Hier kommt nun aber noch der Kicker. Die parametrischen Infillstrukturen lassen sich in Creo Simulate in einer Belastungsstudie optimieren. So können Sie alle nötigen Parameter auf Gewicht und/oder Stabilität hin optimieren. Des Weiteren kann Creo Parametric direkt mit Maschinen der beiden Marktführern Stratasys und 3D Systems zusammenarbeiten und arbeitet auch mit ca. 80% der Metalldrucker zusammen.

 

Die Infill-Strukturen können sowohl mit 2,5D als auch 3D erzeugt werden. 2,5D eignet sich mehr für den Kunststoffbereich, insbesondere für FDM Verfahren. Die 3D Strukturen sind für Lasersinter-Verfahren mit Metall oder Kunststoff geeignet, lassen sich aber auch mit entsprechenden Parametern mit FDM-Verfahren benutzen. In den Bildern unten können wir die Unterschiede zwischen den beiden Formen erkennen.

 

 

Die erzeugten Strukturen sind vollständige Geometrie und nicht einfach nur Annäherungen oder Repräsentationen. Wir können die Lattices, wie sie im Englischen heißen, aber für eine spätere Simulation idealisieren und automatisch in Träger und Massen konvertieren lassen. Ebenfalls werden die Endpunkte der Träger für Sie erstellt.

 

 

3D Drucken ist nach wie vor zeitaufwendig und gerade im Highend-Bereich sind die Maschinen immer noch recht teuer. Die oben besprochenen Infill-Strukturen dienen nicht nur der Materialersparnis und zur Gewichtsoptimierung der Teile, sie dienen auch der Zeitersparnis. Im professionellen Segment ist man daher bestrebt, den Bauraum mit möglichst vielen Teilen zu füllen, um so eine optimale Ausnutzung des Druckers zu gewährleisten, da der Zeitfresser die Anzahl der Schichten ist. Gerade im Lasersinter Segment kommt hier noch die 3. Dimension hinzu. Die Optimierungsfunktionen von Creo helfen mir hier, um neben den Infills auch die Teile optimal zu platzieren und um eine maximale Effizienz aus meinem Drucker zu bekommen. Schauen wir uns dies einmal in einem praktischen Beispiel an:

Dieser Bauraum wurde manuell bestückt. Es ist mir nicht möglich den Bauraum so zu füllen, dass ich alle zu druckende Werkstücke in meinem Drucker-Bauraum unter bekomme.

Mit der Nesting-Funktion von Creo Parametric ist das kein Problem mehr. Ich kann alle Teile in einem einzigen Druckvorgang herstellen und bin so um 50% schneller, effizienter und vor allem auch umweltschonender mit meiner Produktion, da ich sowohl weniger Energie als auch weniger Pulver für den Druckvorgang benötige.

Mit Creo AMX fördern Sie die Innovation und das out-of-the-box Denken in Ihrem Unternehmen. Optimieren Sie Ihre Designs schneller auf Gewicht und Stabilität. Vermeiden Sie Kosten und hohe Anlaufzeiten die klassische Fertigung mit sich bringt. Creo AMX ist das Tool im heutigen dynamischen Marktumfeld, wo Stückzahl 1 zum Preis eines Serienprodukts gefordert wird.

Sollte ich Ihr Interesse geweckt haben, sprechen Sie uns einfach an oder vereinbaren einen Demo-Termin mit uns.

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