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Die additive Fertigung (englisch: Additive Manufacturing, abgekürzt AM) ist ein Verfahren, das es ermöglicht Bauteile direkt aus 3D-Geometriemodellen herzustellen. Dabei wird die Geometrie schichtweise aus flüssigen oder festen Werkstoffen aufgebaut, z. B. durch schichtweises Extrudieren von Kunststoffen (fused deposition modeling, FDM) oder das Aufschmelzen von Metallpulvern (selective laser melting, SLM).

Auf diese Weise können ganz neue Formen umgesetzt werden, welche es erlauben, Funktionen zu integrieren und damit Bauteile einzusparen. Darüber hinaus ist eine örtliche Anpassung der Dichte möglich, die neue Leichtbaupotenziale erschließt und durch den geringeren Materialeinsatz Fertigungszeiten senkt. ANSYS bietet Werkzeuge sowohl für die Gestaltung additiv gefertigter Bauteile (Topologieoptimierung, variable Dichte durch Lattice-Strukturen) als auch zur Prozesssimulation, die Verzug, Eigenspannungen und die Mikrostruktur abzusichern hilft. Sie stehen in zwei Ausführungen zur Verfügung: Additive Print richtet sich an Anwender ohne Simulationshintergrund, sodass eine grundlegende Bewertung von geplanten Druckprozessen für Konstrukteure, Prozesstechniker oder Fertigungsdienstleister am eigenen Rechner oder in der Cloud erfolgen kann.

Additive Suite bietet die volle Detailtiefe für Simulationsexperten und Forscher und unterstützt die Topologieoptimierung mit Lattice-Strukturen, die komfortable Geometrierückführung, die thermomechanische Detailanalyse mit ANSYS Mechanical Enterprise sowie die Betrachtung des Gefüges additiv gefertigter Strukturen.

Prozesssimulation

Um beim Druck von Metallteilen die Kosten für Fehldrucke und die Zeit für eine iterative experimentelle Lösungssuche zu minimieren, kann anhand der Geometrie, der Material- und Prozessparameter eine Analyse des schichtweisen Materialaufbaus durchgeführt werden, um die daraus resultierenden Bauteileigenschaften zu berechnen.

 

Als Ergebnis kann der fertigungsbedingte Verzug ermittelt und eine kompensierte Geometrie erzeugt werden, mit der die Maßhaltigkeit verbessert wird. Darüber hinaus ermöglicht die Spannungsdarstellung das Identifizieren kritischer Zonen, bei denen ein fertigungsbedingtes Bauteilversagen auftreten kann.

 

Lernen Sie mehr in unserem Webinar „Formfindung und Prozesssimulation für additiv gefertigte Bauteile”!

Topologieoptimierung

Um die neuen Freiheiten für ein lastpfadgerechtes Design auszuschöpfen, entfernt die Topologieoptimierung Material innerhalb eines gegebenen Bauraums dort, wo es am wenigsten beiträgt. Dabei entstehen oft Formen, die an bionische Strukturen erinnern, wie z. B. beim Knochen- oder Pflanzenwachstum, wozu die additive Fertigung sehr geeignet ist.

 

Die Topologieoptimierung ist einfach handhabbar und besteht aus nur wenigen Eingaben, sodass auch sporadische Anwender damit schnell zurecht kommen. Sie wird sie in frühen (Redesign-)Phasen eingesetzt, wenn lediglich Bauraum und Belastung feststehen. Neben additiven Fertigungsverfahren werden auch weitere Ferfigungsverfahren (Gießen, Extrusion ….) unterstützt.

 

Unsere Experten informieren Sie gerne in dem Webinar
„ANSYS Topologieoptimierung“

Geometriebearbeitung

ANSYS SpaceClaim Direct Modeler ist ein intuitiv nutzbares Geometriewerkzeug, um CAD-Daten zu bearbeiten, 3D-Scandaten zu bereinigen, Druckgeometrien zu orientieren, Überhangsbereiche zu identifizieren und die Ergebnisse einer Topologieoptimierung in PLM-geeignete CAD-Modelle zu überführen.

 

Leistungsfähige Glättungsmechanismen machen unsaubere, zerklüftete Geometrien nutzbar. Ein automatisiertes Curve-Fitting unterstützt das Modellieren mit Regelflächen. Komplexe Strukturen können mit NURBS-basierten Freiformflächen abgebildet werden. Unabhängig davon aus welchen Quellen (wie Topologpieoptimierung, 3D-Scan oder Prozesssimulation) die 3D-Daten kommen: ANSYS SpaceClaim Direct Modeler ermöglicht die Rückführung in nutzbare Geometrie.

 

In einem einzigen Tool kann sie nachbearbeitet, modifiziert und ergänzt, sowie mit Modellen aller gängigen CAD-Formate kombiniert und gemeinsam bearbeitet werden. Damit stellt ANSYS SpaceClaim Direct Modeler eine einzigartige Drehscheibe für alle geometrieverarbeitenden oder -erzeugenden Arbeitsschritte dar.

 

Erfahren Sie mehr über die intuitive Bearbeitung von CAD-Geometrien in dem Webinar „ANSYS Spaceclaim Direct Modeler“

Lattice-Strukturen

Die additive Fertigung ermöglicht nicht nur komplexe Bauteilgeometrien sondern auch lokal angepasste Materialstrukturen. Statt einer homogenen Dichteverteilung kann die innere Struktur von Bauteilen an die Lastpfade angepasst werden.

 

So wie die Knochendichte im menschlichen Körper auf die Belastung adaptiert ist, können mit Lattice-Strukturen dank der Latticeoptimierung und der additiven Fertigung lokal variierende Dichten erzeugt werden. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise oberflächennahe Kühlungen, eine hohe Dämpfung, gutmütiges Verhalten bei variiernden Lasten und eine bessere Kontrolle des Verzugs im Druckprozess realisieren.

 

Mehr in unserem Webinar „Formfindung und Prozesssimulation für additiv gefertigte Bauteile“

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