Die Lösung ist hybrid-additiv

NX von Siemens PLM Software bietet in CAD und CAM eine Palette an Werkzeugen für die hybride Produktion mittels additiver Methoden und Zerspanung.

Das Konzept des 3D-Drucks ist vielen bereits seit der Einführung der Stereolithographie für den Musterbau in den 1990er Jahren bekannt. In den damaligen Stereolithographie-Maschinen wurden flüssige, lichtempfindliche Polymere in einem Trog Schicht für Schicht mittels Laser ausgehärtet. Seitdem wurden mehrere unterschiedliche 3D-Druckmethoden entwickelt, einschließlich einer analogen Methode, bei der Metallpulver in einem großen, Pulver-Bett genannten Behälter Schicht für Schicht mittels Laser verfestigt wird. Die aktuelle Version dieser Technologie verfestigt Metallpulver ohne die Verwendung eines großen Pulverbetts, indem sie einen Pulverstrahl durch eine geregelte Düse direkt in einen angeschmolzenen Bereich in der Metalloberfläche spritzt.

NX enthält Werkzeuge für die automatische und halbautomatische Zerlegung von Teilen in Merkmale für additive und subtraktive Verfahrensdefinitionen.

Methodenwechsel im Materialauftrag

Dieser Schmelz-Sumpf wird durch einen in der Düse integrierten Laser erzeugt. Diese Prozessveränderung stellt einen wesentlichen Schritt in der additiven Fertigung von Metallteilen dar, denn er eliminiert das große, schwere Pulverbett und auch beim Schichtaufbau fallen viele Beschränkungen weg.

Dieser Pulver-Anlagerungsprozess ermöglicht das Platzieren des Materials mit dem gewünschten Aufbau exakt am gewünschten Ort (und sonst nirgends). Das erlaubt die Gestaltung von Strukturen, die mit anderen Methoden nicht zu realisieren sind, etwa Hohlräume, Stege, Waben und Gitterstrukturen, im Inneren eingebettete Komponenten oder Teile aus nicht-homogenem Material, etwa mit einem Dichteverlauf.

Dadurch werden Materialzusammensetzung und -platzierung zu Gestaltungsvariablen und die Entwicklung von Teilen mit definierten Leistungsmerkmalen lässt sich dramatisch verbessern. Es ist wohl nicht übertrieben zu sagen dass diese Technologie ein Katalysator für die nächste industrielle Revolution sein wird.

Simulation und Maschinenunterstützung für hybrid-additive Bearbeitungsvorgänge in NX CAM nutzen ein angereichertes Werkstückmodell.

Hybride Fertigung

In einer neu entwickelten Klasse von Werkzeugmaschinen kombiniert DMG MORI die Möglichkeiten heutiger Bearbeitungszentren bezüglich Achsensteuerung und spanender Bearbeitung mit neuesten 3D-Druckmöglichkeiten im Düsen-Auftragsverfahren. Dadurch kann der Metallauftrag entlang verschiedener Achsen erfolgen und das im 3D-Druck entstandene Material kann in jeder Phase des Prozesses mit engen Toleranzen bearbeitet werden. Dabei kann die Maschine wenn nötig immer wieder zwischen Metallauftrag und spanender Bearbeitung wechseln. Für diese Kombination von additiver und subtraktiver Produktion wurde ein neuer Begriff geprägt: Hybrid-additive Fertigung.

Solche Fertigungstechniken werden die Planungsverfahren für die Herstellung von Teilen revolutionieren. Durch die Möglichkeiten, komplexe Geometrien – eventuell auch mit Hohlräumen – zu schaffen und ohne umzuspannen gleich präzise zu bearbeiten, entstehen neue Teile-Klassen und mehrere Arbeitsschritte lassen sich in einen zusammenfassen.

Der Prototypenbau wird weiterhin eine Stärke additiver und hybrider Herstellungsverfahren bleiben. Durch die verbesserten Möglichkeiten neuer Laser-Sinterverfahren wird vor allem die Hybridtechnik mehr und mehr auch in der Teileproduktion Einzug halten. Zudem eröffnet die Möglichkeit, Metallauftrag und klassische Bearbeitung innerhalb einer Maschine zu kombinieren, besonders für Instandhaltung und Reparatur viele neue Möglichkeiten.

Die Lösung für die additiv-hybrid Fertigung in NX bietet eine ganze Reihe spezialisierter additiver Abläufe zum verfahrensoptimierten Aufbau unterschiedlichster Geometrien mittels planarem oder rundlaufendem Materialauftrag.

NX Hybrid Additive Manufacturing

Unterstützung für hybrid-additive Fertigungstechnologien, bei denen additive und subtraktive Methoden im Rahmen einer klassischen Werkzeugmaschine kombiniert werden, bietet die Software NX™ von Siemens PLM Software.

Die Lösung ermöglicht mit einem quer über CAD und CAM reichenden Bündel einzigartiger Werkzeuge die Programmentwicklung für die neuen Hybridmaschinen von DMG MORI. Sie sind in einer speziellen Werkzeugleiste für additive Produktionsprozesse organisiert.

Als Vorprozess zur Programmierung der Materialauftrags-Bahnen wird der Aufbaukörper nach möglichen Auftrags-Vektoren untersucht und aufgeteilt, um einen sequentiellen Auftrag mit so vielen Vektoren wie nötig zu erzeugen.

Additiver Bearbeitungskatalog

NX CAM unterstützt beim virtuellen Werkstück in Bearbeitung nun sowohl additive als auch subtraktive Bearbeitungsschritte in beliebiger Reihenfolge. Eine hybrid-additive Bearbeitung kann mit zerspanender Bearbeitung vermengt werden. Deshalb muss das Modell des Werkstücks in Bearbeitung sowohl durch Auftrag mittels Düsen hinzugefügtes als auch durch Zerspanung entferntes Material korrekt repräsentieren. Diese Fähigkeit ist in NX CAM ebenso gegeben wie die Berücksichtigung beider Methoden bei der Überprüfung im Verify.

Den Pulverauftrag zu programmieren bedeutet, das Merkmal (den zerlegten Teilkörper) in Scheiben zu schneiden und für jede Schicht Bewegungsbahnen zu erzeugen. Das erinnert sehr an den Schruppvorgang beim Taschenfräsen in NX CAM. Dennoch ist die Programmierung von Bahnen für einen additiven Prozess ganz anders als für die Zerspanung. Beispielsweise dürfen Muster nicht mehrmals denselben Bereich queren, um diese nicht zu überbauen oder durch zu langes Verweilen überhitzen. Die Lösung für die additiv-hybrid Fertigung in NX bietet eine ganze Reihe automatischer und halbautomatischer additiver Abläufe zum verfahrensoptimierten Aufbau unterschiedlichster Geometrien mittels planarem oder rundlaufendem Materialauftrag.