Hexagon Simufact Additive: AM-Prozesssimulation leicht gemacht

Mögliche Wärmeverzüge am Bauteil vorzeitig zu erkennen ist eine wichtige Voraussetzung für gute Fertigungsergebnisse.

Michael Wohlmuth
CEO Simufact.

„Simufact Additive ist ein wichtiges Werkzeug, das den Firmen helfen wird, es ‚sofort richtig zu machen‘, indem sie vor der Fertigung regelmäßig Simulationen durchführen. Die einfache Bedienbarkeit der Sofware war unser wichtigstes Ziel. Der Anwender soll schnell in der Lage sein, die Software einzusetzen und in wenigen Minuten eine Analyse aufzusetzen.“

Simufact Additive ist eine leistungsstarke und skalierbare Prozesssimulationsumgebung und ermöglicht die „first time right“-Optimierung von Pulverbett-Laserschmelzprozessen. Die Software simuliert alle wichtigen Prozessschritte der Additiven Fertigung: angefangen mit dem Druck des Teiles, gefolgt von der Wärmebehandlung, dem Abschneiden des Teiles von der Grundplatte, dem Entfernen der Stützstrukturen sowie wärme- und druckgesteuerte Prozesse (Heiß-Isostatisches Pressen, HIP). Die erste Version von Simufact Additive bestimmt Verzüge und Eigenspannungen von 3D-gedruckten Metallteilen – Versionen mit weiteren Funktionen werden folgen.

Bauteilverzüge simulieren zu können hilft dabei, zu verstehen, wie das Teil herzustellen ist, um möglichst geringe Abweichungen zu erzielen.

Am realen Prozessablauf orientiert

Die Modellierung wird auf Grundlage von CAD-Daten in einer innovativen, neu entwickelten grafischen Benutzeroberfläche (GUI) durchgeführt, die sich am realen Prozessablauf orientiert. Der intuitive Ansatz von Simufact Additive führt von der allgemeinen Prozessbeschreibung mit Definition des Teiles und der Stützstrukturen über die Definition der Fertigungsparameter bis hin zu den Berechnungseinstellungen und letztendlichen zu den Ergebnissen. Die Software hilft, Verzüge zu kompensieren, Eigenspannungen zu minimieren und die Prozessparameter zu optimieren.

„Heutzutage müssen Firmen, die die AM-Technologie zum Druck von Metallteilen einsetzen, mit Fehlern in ihren Produktionsprozessen und hohen Folgekosten zurechtkommen“, betont Michael Wohlmuth, CEO von Simufact. „Simufact Additive ist ein wichtiges Werkzeug, das diesen Firmen helfen wird, es ‚sofort richtig zu machen‘, indem sie vor der Fertigung regelmäßig Simulationen durchführen.“

Auch die Spannungsverläufe im Bauteil zu kennen ist wichtig, um zu wissen, ob und wie das Teil nachbehandelt werden muss.

Sofort richtig machen – mit der Simulationssoftware

Das Grundkonzept der Software bildet das Fundament für eine breite Veränderbarkeit und Skalierbarkeit durch verschiedene Detaillevel. Dazu gehören eine schnelle mechanische Methode zur Vorhersage der Verzüge und der Eigenspannungen bis hin zur voll gekoppelten transienten thermomechanischen Analyse, die bald unterstützt wird. So können der Temperaturverlauf und abgeleitete Eigenschaften wie die Mikrostruktur bestimmt werden.

Die Eigenschaften des fertigen Teiles sind verfügbar, um sie in darauffolgenden Strukturberechnungen einzusetzen. Dr. Hendrik Schafstall, CTO Simufact, sagt dazu: „Als technisches Herz der Software haben wir einen anwendungsspezifischen Solver entwickelt, der auf dem leistungsstarken Marc FEM-Solver von MSC basiert. Simufact Additive wird die komplette Prozesskette in der Fertigungsumgebung abbilden und die Simulation so detailgenau durchführen wie sie der Anwender jeweils benötigt. Das wichtigste Kriterium ist die Genauigkeit – das zweite die Geschwindigkeit. Daher haben wir eine völlig neue Infrastruktur speziell für AM entwickelt.“

Neues Konzept für grafische Benutzeroberfläche (GUI) zur AM-Modellierung

Simufact Additive hat ein intuitives und anwenderfreundliches GUI. Das flexible GUI-Konzept ermöglicht maschinen- und anwendungsspezifische Dialoge, die sich am echten Arbeitsprozess orientieren. Mit den enthaltenen Vernetzungsmöglichkeiten können auch große und komplexe Strukturen beliebiger Form rasch und automatisch diskretisiert werden. Das GUI ist dafür ausgelegt, mit solchen Netzen, die leicht mehr als eine Million Elemente umfassen können, problemlos umzugehen.

„Als wir mit dem GUI-Konzept für Simufact Additive anfingen, entschieden wir uns, ganz von vorn zu beginnen, aufgeschlossen zu sein und neuen Ideen Raum zu geben“, erklärt Dr. Patrick Mehmert, Produktmanager für Simufact Additive. „Die einfache Bedienbarkeit der Sofware war unser wichtigstes Ziel. Der Anwender soll schnell in der Lage sein, die Software einzusetzen und in wenigen Minuten eine Analyse aufzusetzen. Er sollte keine Zeit beim Suchen von Dialogen in komplizierten Untermenüs verlieren. Die aufgeräumte Benutzeroberfläche besticht mit wenigen Icons und Buttons. Dabei sind Kontextdialoge durch Anklicken mit der rechten Maustaste verfügbar. Wir sind überzeugt, dass Simufact Additive eine außergewöhnlich positive Nutzererfahrung bietet.“

Zusammenarbeit mit Anbietern von 3D-Druckmaschinen

Renishaw plc, ein führender Hersteller von hochentwickelten Metall-AM-Systemen, arbeitet als erster 3D-Druckmaschinenhersteller gemeinsam mit Simufact an einem integrierten Ansatz. Das kollektive Ziel ist eine komplett simulationsbasierte Optimierung, die zu einer Druckdatei höchster Qualität führt.

Zuerst werden die QuantAM-Druckvorbereitungssoftware von Renishaw mit der Prozesssimulationssoftware von Simufact gekoppelt und der Datenaustausch ermöglicht. Dafür wird das offene API (Programmierschnittstelle) von QuantAM verwendet. Der nächste Schritt ist, basierend auf der Schichtaufbauinformation automatisch eine Simulation aufzusetzen und im Gegenzug die Simulationsergebnisse in der Druckvorbereitungssoftware QuantAM von Renishaw darzustellen.