Bridging the Gap between Numerical Simulation and Experimental Analysis | Replay
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Additive Manufacturing-Simulation
Entdecken Sie die Zukunft der Fertigung mit den fortschrittlichen SIMULIA Lösungen für Digital Additive Manufacturing
Was ist Digital Additive Manufacturing-Simulation?
Digital Additive Manufacturing (DAM) ist ein fortschrittliches Fertigungsverfahren, bei dem Teile oder Objekte durch Materialzugabe Schicht für Schicht aufgebaut werden. Bei herkömmlichen subtraktiven Fertigungsverfahren wie Drehen, Bohren und Fräsen wird Material abgetragen, um die gewünschte Form zu erzielen. Im Gegensatz dazu nutzen additive Verfahren die 3D-Drucktechnologie, um Komponenten direkt aus digitalen Modellen zu entwickeln.
Wie funktioniert Digital Additive Manufacturing?
Beim Digital Additive Manufacturing wird ein digitales Modell (Digital Mock-Up, DMU) des Teils oder des Fertigungsbetts erstellt. Dies umfasst:
- Dreidimensionale CAD-Darstellungen: Geometrische Konstruktionen, die das gewünschte Endprodukt darstellen.
- Darstellungen des Fertigungsprozesses: Detaillierte Beschreibungen der Methoden, einschließlich Materialextrusion, Neubeschichtung, Scanpfade und Energieeinbringung.
Der gesamte Prozess wird digital verwaltet und der resultierende digitale Thread wird in Maschinencode umgewandelt, der den Maschinen spezifische Befehle für die Fertigung gibt.
Wie unterstützt Simulation das Digital Additive Manufacturing?
Das Additive Manufacturing (AM) stellt einzigartige Herausforderungen dar, aber die Simulation verwandelt diese Hindernisse in Chancen für Innovationen.
- Optimierung von Konstruktionen: Die Konstruktionsfreiheit von AM erfordert neue Paradigmen. Simulationen helfen dabei, optimale Formen zu finden und gleichzeitig sicherzustellen, dass Stützstrukturen effektiv integriert werden, um Fertigungsfehler zu vermeiden.
- Verständnis der Leistung: Phasenänderungen, die durch chemische Reaktionen und thermische Prozesse verursacht werden, beeinflussen die Produktleistung erheblich. Simulationen ermöglichen die Vorhersage von Restspannungen und Verformungen, die während der Fertigung auftreten können, und verbessern so die allgemeine Zuverlässigkeit.
- Fortschrittliche Werkzeuge für den Erfolg: Simulationstechnologien wie Finite-Element-Analyse und Strömungsmechanik ermöglichen virtuelles Prozess-Testing und Reverse Product Engineering. Diese Werkzeuge liefern wertvolle Erkenntnisse, die Konstruktion und Produktion verbessern.
- Steigerung der Effizienz: Mithilfe von Simulationsfunktionen können Hersteller Entwicklungszyklen verkürzen, Kosten senken und die Entscheidungsfindung verbessern. Die Fähigkeit, potenzielle Probleme vorherzusehen und zu beheben, bevor sie auftreten, mindert Programmrisiken und gewährleistet hochwertige Ergebnisse.
Hauptvorteile der Additive Manufacturing-Simulation
Materialeinsparungen
Minimieren Sie Abfall und nutzen Sie fortschrittliche Materialien (z. B. TPU-Filamente, Metall-Superlegierungen).
Designflexibilität
Verwenden Sie generative Designtechniken, um komplexe Geometrien und leichte Strukturen zu erzeugen.
Prozessoptimierung
Fassen Sie mehrere Komponenten zu einem Teil zusammen und reduzieren Sie so Montagezeit und -kosten.
Verbesserte Nachhaltigkeit
Fördert umweltfreundliche Fertigungsverfahren.
Bessere Zusammenarbeit mit der 3DEXPERIENCE Plattform
Die Digitalisierung minimiert die Markteinführungszeit und die Kosten, indem die Konstruktion von linearen zu kollaborativen Prozessen verlagert wird. Kollaboratives Engineering legt den Schwerpunkt auf einen effizienten Content-Austausch über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg.
Design for Additive Manufacturing (DfAM) umfasst einen multidisziplinären Ansatz, bei dem generatives Design und Topologieoptimierung genutzt werden, um neue Möglichkeiten aufzudecken. Virtuelles Testing durch Simulationen liefert wichtige Erkenntnisse über die Vorhersagbarkeit von Konstruktionsfehlern und die Produktleistung nach der Fertigung, die eng mit den Fertigungsprozessen und Konstruktionsspezifikationen verbunden sind.
Die 3DEXPERIENCE Plattform ermöglicht eine nahtlose Datenintegration über verschiedene Disziplinen hinweg, unterstützt das Content-Lebenszyklusmanagement und fördert eine kollaborative Engineering-Umgebung. Ein effektives Content-Lebenszyklusmanagement, Reife und eine robuste Datenorganisation verbessern die Problemlösung, das Änderungsmanagement, die Weiterleitung und das Testing und fördern eine produktive Atmosphäre der Zusammenarbeit.
Digitaler Thread für das Additive Manufacturing
Dassault Systèmes bietet ein Portfolio integrierter Anwendungen, um die Möglichkeiten additiver Fertigungstechniken zu maximieren, indem alle Disziplinen für eine authentische End-to-End-Entwicklungskette vom Produktdesign über die Fertigung bis hin zur Simulation miteinander verbunden werden. Die 3DEXPERIENCE Plattform bietet zahlreiche erweiterte Rollen und eine Vielzahl leistungsstarker Anwendungen, die alle Aspekte der digitalen Produktentwicklung abdecken. Der digitale Thread der 3DEXPERIENCE Plattform gewährleistet eine enge Verbindung zwischen diesen leistungsstarken und intuitiven Anwendungen, wie auf den folgenden Registerkarten hervorgehoben wird.
- 3DEXPERIENCE Marketplace
- Funktionsorientiertes generatives Design
- Teileauswahl
3DEXPERIENCE Marketplace
3DEXPERIENCE Marketplace ist eine On-Demand-Fertigungsplattform, die Konstrukteure und Ingenieure mit Dienstleistern in der industriellen Fertigung verbindet. Die Plattform verbindet das industrielle Ökosystem von Konstrukteuren, Ingenieuren, Einkäufern und Produktionsplanern mit Dienstleistern der industriellen Fertigung wie Xometry, Sculpteo, American Additive, Get It Made, Any-Shape usw.
Mit unserem robusten Algorithmus erhalten Sie innerhalb von Sekunden Angebote aus unserem Netzwerk von Dienstleistern für Ihr 3D-Druck- und CNC-Bearbeitungsprojekt.
Funktionsorientiertes generatives Design
Das Aufkommen additiver Fertigungstechniken ermöglicht die Erstellung effizienter organischer Formen und komplexer Gitterstrukturen, die über die traditionelle technische Konstruktion hinausgehen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, die sich auf bewährte Verfahren und die Erfahrung von Ingenieuren stützen, konzentriert sich das generative Design darauf, auf der Grundlage definierter Bedingungen optimale Konstruktionen für bestimmte Funktionen zu erzielen.
Das Additive Manufacturing bietet die Flexibilität, funktionale Bedingungen festzulegen, die das Konstruktionsvolumen definieren, mechanische Schnittstellen steuern und Zielkennzahlen wie Masse, Steifigkeit, Festigkeit und Haltbarkeit kontrollieren – und das alles ohne Einschränkungen hinsichtlich der Form. Der generative Ansatz innerhalb von 3DEXPERIENCE integriert Design, Simulation und Optimierung durch geführte Workflows und bietet Anwendern eine optimierte Lösung innerhalb nur einer Oberfläche.
Teileauswahl
Leistungsstarke Suchwerkzeuge in 3DEXPERIENCE können Ihre Teilebibliothek und Ihre digitalen Stücklisten auswerten, um potenzielle Kandidaten für das Additive Manufacturing zu identifizieren.
Die digitale Zusammenarbeit und Intelligenz auf unserer Plattform gewährleisten einen nahtlosen Informationsaustausch in Echtzeit zwischen allen Beteiligten, sodass Produktdesigner, Ingenieure und Manager jederzeit einen vollständigen Überblick über das Projekt haben.
- Prozessdesign und Produktionsplanung
- Virtueller Druck
- Werkstofftechnik und -entwicklung
Prozessdesign und Produktionsplanung
Die Fertigungsanwendungen auf der 3DEXPERIENCE Plattform bieten geführte Workflows, um die Produktion und Produktionsprozesse im Zusammenhang mit additiven Lösungen und Maschinen zu entwickeln und zu planen. Sie beginnen mit der Erstellung oder Wiederverwendung von Bauvolumen und Bauplatten, verschachteln Bauteile automatisch, um die Nutzung des Bauvolumens zu maximieren, erfassen und verwenden Regeln wieder, um die optimale Bauteilorientierung zu bewerten und minimale Stützstrukturen zu berechnen. Legen Sie anwenderdefinierte Regeln für Slicing, Scanmuster und Prozessparameter für den gesamten Aufbau oder einzelne Teile fest. Visualisieren Sie den Scanpfad für Diagnoseprüfungen und verwenden Sie Prozessdaten in nachgelagerten virtuellen Drucksimulationen und -studien wieder.
Virtueller Druck
Verwenden Sie die 3DEXPERIENCE Plattform, um Zeit und Materialkosten zu senken. Simulieren Sie das Verhalten von Bauteilen und Prozessempfindlichkeiten, einschließlich Scanpfad und Leistung der Stützstruktur. Beschleunigen Sie Simulationen durch die Integration und Wiederverwendung von Konstruktionsdaten. Erstellen Sie Anwenderoberflächen und Workflows für Fertigungsmethoden wie gerichtete Energieeinbringung, selektives Lasersintern oder Polymerextrusion. Wenden Sie validierte thermomechanische Lösungen an, um Verformungen und Restspannungen vorherzusagen und gleichzeitig Risiken wie Rissbildung und Maschinenstörungen zu identifizieren. Beziehen Sie Bewertungen der Ermüdungslebensdauer ein, berücksichtigen Sie die Wärmebehandlung nach dem Aufbau und stellen Sie durch digitale Kompensation sicher, dass die gefertigte Geometrie mit der konstruierten Geometrie übereinstimmt.
Werkstofftechnik und -entwicklung
Erstellen Sie virtuelle Drucker mit mehreren Lasern oder Wärmequellen, um den Materialauftrag und -abtrag zu steuern und gleichzeitig die Kühlmethoden für die fortschrittliche Fertigung zu optimieren. Konstruieren Sie Metalllegierungen für das Additive Manufacturing, indem Sie mikromechanische Simulationen analysieren, um die Kornausrichtung und Phaseneigenschaften zu verstehen. Mit anwenderdefinierten Werkstoffmodellen und umfassenden Prozessparametern in unseren thermisch-mechanischen Simulationen können Sie Fertigungsprozesse und Werkstoffeigenschaften für anspruchsvolle AM-Anwendungen präzise entwickeln. In Kombination mit leistungsstarken Optimierungswerkzeugen in 3DEXPERIENCE haben Sie die vollständige Kontrolle über fortschrittliche AM-Prozess-Workflows.
Kundenreferenzen
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Additive Manufacturing-Ressourcen
Prediction of the Degree of Bonding in the Extrusion Deposition Additive Manufacturing Process of Semi-Crystalline Polymer Composites
The Extrusion Deposition Additive Manufacturing (EDAM) process is a manufacturing process used to produce three-dimensional objects made by deposition of molten polymer composite in a layer-by-layer fashion. Printing with fiber reinforced, semi-crystalline polymers provides for the manufacture of molds that can be used in high-temperature composite prototype molding applications. Further, the EDAM is scalable and can provide printed geometries in the centimeter to meter scales. However, in plane (X-Y) fiber orientation of the extrudate results in mechanical properties in the stacking orientation (Z) that are governed by the bond formed between adjacent extrudate layers. The quality of this interlayer bond is strongly influenced by the processing conditions, namely temperature and printing history.
Customer Papers
Finite Element Simulation of the Fused Deposition Modelling Process
In this paper, the commercial finite element software package Abaqus is used to simulate the FDM process. A Mobius arm part is used to illustrate the simulation procedure and a sequentially coupled thermo-mechanical analysis is performed. The heat transfer analysis calculates the temperature history which is mapped onto and used to predict residual stress and potential part distortion in the subsequent structural analysis. The tool path patterns dictate how material is progressively added to the part during the build and directly influence the accumulation of residual stresses within the part. Independent tool path events are characterized using event series data such as time, location and bead cross-sectional area.
Community News
Finite Element Simulation of the Multi Jet Fusion Process using Abaqus
Although additive manufacturing was first developed in the 1980’s, the technology is mainly applied for prototyping and tooling. The printing process is not well understood and controlled to be confidently used for printing of load bearing parts. Due to the complex geometry and the layer by layer printing process, parts as printed may show distortion, residual stress, delamination and failure that render the part unusable at the moment that it comes out of the machine. Finite element simulations of additive manufacturing can be very effective in understanding the cause of these defects and predicting the in-service performance of the printed parts. However, most finite element codes are not designed for simulating additive manufacturing processes.
Customer Papers
Process Modeling and Validation for Metal Big Area Additive Manufacturing
Metal Big Area Additive Manufacturing (mBAAM) is a new additive manufacturing (AM) technology based on the metal arc welding. A continuously fed metal wire is melted by an electric arc that forms between the wire and the substrate, and deposited in the form of a bead of molten metal along the predetermined path. Objects are manufactured one layer at a time starting from the base plate. The final properties of the manufactured object are dependent on its geometry and the metal deposition path, in addition to depending on the basic welding process parameters.
Customer Papers
Simulation of Polymeric Composites Additive Manufacturing using Abaqus
Additive manufacturing, specifically the extrusion deposition process, involves the progressive addition of material at elevated temperatures following a prescribed machine path at prescribed speed. Utilizing the newly available features of Abaqus 2017, specifically element activation and event series, progressive element activation is performed by implanting the user subroutine UEPActivationVol. In this work, the system at Purdue University for extrusion deposition of highly filled, high temperature thermoplastics is modeled through a user subroutine suite which coordinates element activation according to machine instructions, assigns appropriate local coordinate systems for using anisotropic material properties, and sets relevant initial state variables for user material models.
Customer Papers
Simulation of Semi-Crystalline Composites in the Extrusion Deposition Additive Manufacturing Process
A UMATHT user subroutine was developed in Abaqus to combine a non-isothermal dual crystallization kinetics model with a statistical melting model in order to describe the simultaneous solidification/re-melting behavior of 3D printed parts during the Extrusion Deposition (ED) process. This subroutine is described in detail. Results indicate that crystallization behavior is significant and strongly dependent on the utilized polymer. As an outlook, the interaction with a second UMAT user subroutine that will be employed to predict residual stresses and deformations is explained.
Customer Papers
Externe Ressourcen für Additive Manufacturing-Simulation
Häufig gestellte Fragen zur Additive Manufacturing-Simulation
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