CADFEM Ansys Granta MI: Mit Granta MI werden Materialdaten zu einem Erfolgsfaktor

Testergebnisse aus fünf Builds mit unterschiedlichen Prozessparametern mit Festigkeitskennwerten und die Mindestanforderungen dazu, dargestellt durch die roten Linien. Nur die Ergebnisse oben rechts zum Linienkreuz erfüllen die Anforderungen.

Materialdaten führen ein Schattendasein, sie sind in den Unternehmensprozessen kaum präsent, abgesehen vielleicht von der Dichte, die für Gewichtsberechnungen an vielen Stellen genutzt werden kann. Mit der zunehmenden Nutzung von Simulation spielen auch weitere Werte eine wachsende Rolle, dabei sind Materialdaten an vielen Stellen wichtig.

Testergebnisse aus fünf Builds mit unterschiedlichen Prozessparametern, ausgewertet nach dem Zusammenhang zu mechanischen Eigenschaften, hier zur Zugfestigkeit abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit.

Mehr als eine Datenbank

Oft wird der Unterschied zwischen einer reinen Materialdatenbank und einem Materialinformations-Managementsystem (MIM) falsch verstanden – es geht erst in zweiter Linie um Datenbanken mit vordefinierten Materialkennwerten als Datengrundlage für Simulationsberechnungen. Der eigentliche Sinn von Lösungen wie Granta MI liegt in der Verwaltung und Dokumentation von Materialdaten, die im Unternehmen selbst entstehen, beispielsweise bei Materialtests, in der Qualitätssicherung oder während der Fertigung.

Und es geht immer öfter nicht um allgemeine Materialdaten, sondern um individuell einem Bauteil oder einer Charge zugeordnete Werte, beispielsweise wenn der Einsatzzweck oder der Kunde eine detaillierte Dokumentation verlangen. Gesetzliche Regelungen erfordern es, dass Materialdaten und -zusammensetzung sowie die Herkunft der Rohstoffe viele Jahre lang sicher dokumentiert werden können. Spätestens an diesem Punkt sind die üblichen Excel-Listen aus dem Rennen.

Ein besonderer Treiber für die Materialdatenverwaltung ist die Additive Fertigung, bei der das Material quasi erst während des Drucks entsteht. Bisher ist es überwiegend so, dass die Daten, die zu einer Additiven Fertigung gehören, in den unterschiedlichsten Systemen gespeichert und verarbeitet werden. Daten rund um das Material, von der Art über die Herkunft des Pulvers bis zum Anteil wiederverwendeten Pulvers, finden sich oft in Exceltabellen, Prozessparameter in einer 3D-Drucker-Steuersoftware wie Magics und die Logdateien der Drucke im Speicher der Maschine selbst. Granta MI fasst diese Daten zusammen und verbindet sie mit den Daten aus Folgeprozessen wie der Nachbearbeitung, der Kontrolle im CT-Scan sowie Testdaten von mitgedruckten Testkörpern.

Schema mit einigen für Additive Fertigung typischen Datenquellen und deren Anbindung an die zentrale Erfassung mit Ansys Granta MI.

Intelligentes Datennetzwerk

Um diese Daten aus den unterschiedlichsten Quellen sammeln zu können, bringt Granta MI eine Vielzahl vorkonfigurierter, intelligenter Schnittstellen mit, die nicht nur Dateien laden, sondern die benötigten Inhalte aus diesen Dateien extrahieren können. Die Zuordnung von Dateien zu bestimmten Datensätzen lässt sich automatisieren, indem beispielsweise im Dateikopf von Zugversuchsdateien entsprechende Zuordnungsnummern integriert werden, die Granta MI erkennt und auswertet.

Die Datenbank von Granta MI ist speziell für die Speicherung und Verwaltung von Materialdaten ausgelegt und bringt die notwendigen Datenstrukturen mit. Diese Strukturen lassen sich zudem an die individuellen Anforderungen des Unternehmens anpassen, um ein System aufbauen zu können, das Materialdaten optimal verwaltet, nutzbar macht und dokumentiert. Die Verknüpfung zwischen den Materialdaten in Granta MI und Produktdaten in PLM- und anderen Systemen ist ebenfalls über Schnittstellen möglich.

So lässt sich nicht nur jedes gedruckte Bauteil zurückverfolgen und feststellen, wann es in welchem Druckauftrag und mit welcher Materialcharge gedruckt wurde, sondern es lassen sich statistische Auswertungen erstellen. Diese Statistik baut sich aus eigenen Erfahrungen und Daten auf und wird so zu einer wertvollen Informationsquelle.

Software mit Denkvermögen

Ein gutes Beispiel ist die Wiederverwendung von Material, auch Reuse-Pulver genannt, im Metall-AM-Prozess. Jede Schicht wird komplett mit Pulver belegt, davon allerdings nur ein Bruchteil tatsächlich zu einem neuen Bauteil verschweißt. Beim Auspacken des Druckbehälters wird deshalb ein großer Teil des Pulvers ungenutzt abgesaugt. Dieses Pulver wird in der Entpackstation gesiebt, aufbereitet und mit neuem Material vermischt. So lässt sich das überschüssige Pulver dann beim nächsten Druck wiederverwenden. Allerdings verändern sich auch beim ungenutzten Pulver die Materialeigenschaften während des Druckvorgangs, beispielsweise weil es über viele Stunden hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

Der Anteil wiederverwendeten Pulvers und die Anzahl der Druckvorgänge, bei denen dieses Material genutzt wurde, hat messbaren Einfluss auf verschiedene Materialparameter. Aus Sicht der Materialkosten und -ausnutzung ist ein möglichst hoher Anteil an Reuse-Pulver gewünscht, ohne die Einhaltung der Materialparameter zu gefährden.

Granta MI speichert die Druckparameter ebenso wie den Anteil und die Eigenschaften der Reuse-Fraktionen sowie des fertigen Materials. Auf Basis dieser Daten können Granta MI-Anwender im Laufe der Zeit den Einfluss des Reuse-Pulvers immer besser beurteilen und dessen Anteil maximieren, ohne die Grenzen der gewünschten Materialeigenschaften zu überschreiten.

Optimierung durch Rückverfolgung

Sollten doch einmal Probleme auftreten und beispielsweise Bauteile nicht die geforderten Festigkeiten aufweisen, ermöglicht Granta MI eine Rückverfolgung – welche Parameter und Materialquellen waren anders als sonst? Auch hier ermöglicht es Granta MI, auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse die Produktion und deren Parameter zu optimieren.

Dabei helfen Diagramme, in denen Daten aus verschiedenen Quellen gemeinsam visualisiert werden. So lässt sich beispielsweise der Einfluss von Prozessparametern wie der Scangeschwindigkeit oder der Temperatur auf die Zugfestigkeit von Werkstoffproben aus mehreren Testdrucken analysieren. Ansonsten sind diese Parameter in verschiedenen Excel-Dateien hinterlegt und lassen sich praktisch nicht korrelieren – dann fallen viele Effekte, die sich in der Kombination von Parametern und Testergebnissen nachweisen lassen, nicht auf.

Vollständige Materialdaten ermöglichen es, Kostenzusammenhänge zu erkennen und zu optimieren – und damit die Materialkosten um bis zu 25 % zu senken. Die Wiederholgenauigkeit der Additiven Fertigung erhöht sich massiv. Schließlich lassen sich Kosten und Zeitaufwand für materialbezogene Zertifizierungen in vielen Fällen um mehr als 20 % senken – was es ermöglicht, neue Produkte weitaus schneller auf den Markt zu bringen. Granta MI erschließt dem Unternehmen die Vorteile gut verwalteter und dokumentierter Materialdaten.

Mit Cadfem hat sich ein ausgewiesener Experte für Simulation und langjähriger Partner von Ansys in das Thema Granta MI eingearbeitet und bietet nun mit einer ganzen Reihe von Granta-Spezialisten neben dem Vertrieb auch Expertise, Beratung und Support für das System an, unter anderem auch bei der Verknüpfung des Systems mit PLM-, CAD-, CAE- und ERP-Systemen. So lassen sich die Vorteile der Materialdatenbank Ansys Granta MI schnell und effizient nutzen.