Bionic - Inspirat din faguri și oase
Indiferent dacă sunt celule, oase sau copaci: imprimarea 3D face posibilă producerea unor astfel de structuri din punct de vedere economic. Condiție preliminară: o abordare holistică și un proces complet digitalizat. Platforma de experiență 3D Dassault Systémes oferă doar una.
Stabil, ușor și extrem de funcțional: Imitarea naturii în construcția componentelor tehnice a fost întotdeauna atractivă, dar până de curând era complicată și costisitoare. Procesele clasice de fabricație permiteau doar posibilități geometrice limitate. Cu fabricația aditivă, pe de altă parte, se pot realiza acum geometrii extrem de complexe care se bazează pe natură, de exemplu forme de fagure și spirale, aranjamente de rețea autoportante și construcții de celule care sunt inspirate din faguri sau oase.
Utilizarea unor astfel de structuri este susținută și de faptul că pot fi implementate construcții ușoare: metodologia de construcție bionică, combinată cu imprimarea 3D, reduce greutatea materialului și consumul total de materiale al pieselor individuale conform unui studiu Bitkom „Imprimarea 3D - o poveste de succes pentru locația digitală” din 2017 cu până la 90 la sută. Dar numai dezvoltarea complet virtuală a produselor adaptată la fabricația aditivă face posibilă beneficiul de toate aceste avantaje și, în același timp, evitarea tipăririlor costante de testare sau a tipăririlor incorecte.
Un model de date uniform și o platformă de colaborare
„Producția aditivă de succes necesită o abordare holistică în care o mare varietate de discipline și departamente lucrează îndeaproape”, explică Michael Werner, expert în soluții de simulare la Dassault Systèmes: „O platformă centrală de afaceri ajută la reunirea diferitelor puncte de vedere într-un mediu de dezvoltare, cu condiția ca acesta să se bazeze pe un model de date uniform și o interfață grafică comună, așa cum este oferită de platforma de experiență 3D. "
Până în prezent, aproape toți cei implicați în dezvoltarea produsului au lucrat cu modele separate: începând cu modelul de geometrie (CAD), printr-un model pentru producție și asamblare, până la descrierea funcțională a modelelor de simulare pe care, de exemplu, s-a realizat modelarea fizică. Cu toate acestea, potrivit lui Werner, acest lucru a fost inconsistent, ineficient și costisitor. Datorită unui model de date uniform și a unei platforme de colaborare, toate aceste modele pot fi acum legate între ele - la nivel de companie sau chiar între companii. Pe baza modelului de geometrie, pot fi adăugate modelele funcționale necesare, detaliate diferit, iar toate deciziile despre produs pot fi luate cu suport virtual bazat pe model. În plus, modificările geometriei sunt luate automat în considerare în modelele funcționale, fără a fi nevoie să le construiți din nou de la început.
Cu ajutorul platformei centrale și a modelului uniform de date, companiile pot mapa digital toate deciziile relevante de proiectare și producție în avans: De exemplu, simulările sprijină proiectanții în găsirea designului ideal al componentelor, ținând cont de cerințele funcționale. Puteți avea diferite variante de proiectare proiectate și apoi le puteți analiza și compara. De exemplu, greutatea produsului poate fi redusă rapid ținând cont de toate celelalte cerințe.
Obțineți cunoștințe pentru îmbunătățirea ulterioară a componentei
Ca și în cazul altor procese, în cazul fabricării aditive, componenta fabricată se abate ușor de la designul original. În imprimarea 3D, acest lucru se datorează, printre altele, tensiunilor termice interne. Datorită procesului digitalizat, componenta proiectată poate fi comparată în detaliu cu componenta practic fabricată. Cu ajutorul aplicațiilor speciale, inginerul de dezvoltare poate compensa din timp abaterile prevăzute. „Datorită cartografierii digitale perfecte a procesului de dezvoltare, putem obține informații despre îmbunătățirea în continuare a componentei de la fiecare pas”, explică Werner. Înainte ca acest lucru să fie tipărit efectiv, companiile pot testa cele mai diverse variante pentru fabricabilitatea lor - de exemplu forme organice complexe.
90% greutate economisită
Într-un studiu de proiectare, Dassault Systèmes a dezvoltat o componentă tipărită din plastic. Imprimanta 3D introduce un fir subțire de Kevlar în zone deosebit de stresate înainte ca stratul următor să fie pulverizat. Face parte dintr-o îmbinare dintr-o mașină de tocat care înlocuiește predecesorul său din metal turnat. Scopul a fost o reducere semnificativă a greutății.
Dacă te uiți la sarcinile din analiza elementelor finite (FEA), este de remarcat faptul că poate jumătate din volumul componentei vechi nu preia nicio sarcină și, prin urmare, provoacă doar greutate și costuri inutile. Cu toate acestea, mulți ingineri sunt reticenți să lase în afara materialelor anterioare. Software-ul ajută la regândirea. În practică, de exemplu, arată astfel: În primul rând, proiectanții proiectează componenta într-un program CAD. Acum, cu ajutorul soluțiilor de simulare, sunt calculate și analizate variante geometrice ale componentei. De asemenea, programul ia în considerare automat productibilitatea utilizând procesul de fabricație specificat. Acest proces de simulare, analiză și îmbunătățire a designului se repetă automat până când componenta se apropie cât mai mult posibil de rezultatul dorit, adică cântărește cât mai puțin posibil, de exemplu.
Aici intră în joc bionica: ramurile unui copac nu devin pur și simplu mai groase, astfel încât să poată rezista mai bine la vânt și zăpadă, dar lemnul suplimentar crește doar în zonele critice. Din acest motiv, ramurile nu ies vertical și cu margini ascuțite din trunchi, ci au o curbă în partea de sus ca o tranziție și material suplimentar pentru sprijin între rădăcină și trunchi. Astfel de tranziții netede sunt comune în natură, potrivite în mod optim cu sarcinile, dar mai complexe de construit.
Pentru prima dată, producerea cu precizie a structurilor interne de rețea cu imprimare 3D
Cu ajutorul software-ului adecvat, pot fi create astfel de tranziții ușoare și structura internă optimizată în același timp. În plus, pot fi încorporate în interior diferite structuri de rețea care sunt modelate pe natură, cum ar fi un os ușor, dar rigid, datorită umplerii sale poroase. Pentru prima dată, astfel de structuri de rețea internă pot fi produse cu precizie utilizând imprimarea 3D. La tranziții, grila din interiorul componentei este îngroșată, în unele locuri golurile sunt mici, în altele foarte aerisite. În acest fel, zonele nevralgice sunt întărite în timp ce se utilizează în același timp mai puține materiale. Componenta menționată mai sus pe mașina de tuns fânul a fost optimizată cu ajutorul soluției de simulare Simulia Tosca Structure. Economisește cu 90% în greutate în comparație cu predecesorul său, dar este la fel de stabil ca turnarea veche. (Da)