Software statt Probieren

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Fertigungsgeometriekorrektur von Gussteilen und 3D-Druck

Mit dem Zusatzmodul Fertigungsgeometriekorrektur für VGstudio Max können Unternehmen sowohl die Anzahl der fehlerhaft gefertigten Teile als auch die Anzahl der kostspieligen Iterationen senken – und so die Qualität hoch und die Markteinführungszeit kurz halten. Die Software von Volume Graphics ermöglicht Anwendern die Geometrie-Korrektur von gefertigten Objekten oder deren Formen auf Basis von CT-Daten gescannter Objekte oder Mesh-Daten (.stl).

 (Bild: Volume Graphics GmbH)

Bild 1 | So korrigiert das Modul Fertigungsgeometriekorrektur von Vgstudio Max eine Spritzgussform in sechs Schritten (Bild: Volume Graphics GmbH)

Jedes Unternehmen will Produkte herstellen, die der Konstruktion möglichst genau entsprechen, und das mit wenigen Iterationen. Doch gerade in der Metall- und Kunststofffertigung ist das noch immer schwierig und oft mit vielen Versuchen und Irrtümern verbunden. Trotz Trendthema 3D-Druck darf man nicht vergessen, dass ein großer Teil der im Maschinen- und Apparatebau eingesetzten Teile nach wie vor durch Gießen hergestellt wird: Druckguss vorwiegend für Metallbauteile, Spritzguss für Kunststoffbauteile. Doch auch wenn es sich bei Gussverfahren um eine etablierte Technik handelt, treibt die Konstruktion von Gussbauteilen vielen Konstrukteuren den Schweiß auf die Stirn. Die Regeln, wonach ein Gussteil bzw. seine Form gestaltet werden muss, sind komplex. Wenn ein Bauteil samt Form am Rechner konstruiert ist, bedeutet das noch lange nicht, dass man das Bauteil genauso am Ende des Gussprozesses in der Hand hält. Oft bemüht man daher einen Gießereifachmann. Doch eine zusätzliche Person führt zu weiterem Abstimmungsbedarf, da es nun eine weitere Korrekturschleife zwischen Konstrukteur und Gießereiingenieur gibt. In Zeiten der Globalisierung sitzen beide Personen zudem oft nicht am selben Ort, sondern der Konstrukteur beispielsweise am Hauptsitz des Unternehmens in Deutschland, der Gießereiingenieur im Fertigungsland, z.B. China.

Probleme bei Druckguss und Spritzguss

Jedoch entmystifizieren die Computertomographie (CT) und aktuelle Software-Entwicklungen den Gießereiprozess zunehmend. An die Stelle von Trial&Error, die auf Erfahrungswerten einzelner Gießereiingenieure beruhen, tritt eine software-basierte Herangehensweise. Dadurch können bei der Dimensionierung von Gussteilen und deren Formen direkt die notwendigen Aufmaße, wie z.B. für Schrumpfung, Verzug, die gerichtete Erstarrung oder Entformungsschrägen, iterativ einbezogen werden. Doch bevor wir uns mit der neuen Herangehensweise befassen, beleuchten wir die konkreten Probleme, die den Gussprozess so komplex machen. Nicht nur, dass der Materialfluss zu einer ungleichmäßigen Wandstärke oder ungleichmäßigen Volumenverteilung im Gussteil führen kann. Auch beim Abkühlen wird das Gussteil schrumpfen, sich verziehen oder zurückfedern. Die Ursachen dafür sind vielfältig. Sie reichen von ungleichmäßigem Abkühlen bis zu einer Interaktion von Form und Gussteil, die sich negativ auf das Bauteil auswirken kann, da die Form aus einem anderen Material als das Gussteil besteht und sich beim Abkühlen auch anders verhält. Um diese Problematiken in den Griff zu bekommen, gibt es mehrere Wege: Vor der Fertigung kann man versuchen, Guss- und Kühlprozess zu simulieren und dabei zutage tretende Abweichungen vorab zu kompensieren. Während der Fertigung kann die Temperatur der Form gesteuert werden oder – speziell im Spritzguss – das Management von Injektionsstellen und -methoden justiert werden. Nach dem Gussprozess kann zudem das Gussteil nachbearbeitet werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Form – nachdem ein erstes Teil mit ihr gefertigt wurde – mit einer Fertigungsgeometriekorrektur zu kompensieren. Letzteres ist der Königsweg und ab sofort mit dem neuen Softwaremodul für VGstudio Max möglich.

Fertigungsgeometriekorrektur

 Das Modul Fertigungsgeometriekorrektur liefert eine farbcodierte Visualisierung, die auf einen Blick zeigt, wo und wie das gefertigte Teil vom Soll-Teil abweicht. (Bild: Volume Graphics GmbH)

Bild 2 | Das Modul Fertigungsgeometriekorrektur liefert eine farbcodierte Visualisierung, die auf einen Blick zeigt, wo und wie das gefertigte Teil vom Soll-Teil abweicht. (Bild: Volume Graphics GmbH)

Die Fertigungsgeometriekorrektur korrigiert die Geometrie des Objekts oder seiner Werkzeugform auf der Grundlage von Abweichungen des gescannten tatsächlichen Bauteils vom Zielmodell. Als Grundlage für die Korrektur dienen der Scan des hergestellten Teils und die CAD-Modelle des Bauteiles sowie des Werkzeugs, wobei auch ein digitalisiertes Werkzeug als Ausgangsbasis dienen kann, wenn keine 3D-Konstruktionsdaten vorliegen. Anschließend wendet die Software die berechneten Korrekturen zur Änderung von Spritzgussformen, aber auch von Stanzwerkzeugen, Geometrien von 3D-Druckteilen oder anderen Werkzeugen und Teilen an. Die Software umfasst drei Hauptbereiche: Flächenrückführung basierend auf Voxel- oder Mesh-Daten (.stl) und nachfolgendem Export als CAD; die Korrektur des hergestellten Objekts (ideal für die additive Fertigung) und schließlich die Korrektur der Werkzeugform für traditionellen Guss oder Spritzguss.

Einsatz auch im 3D-Druck

Der 3D-Druck wirkt auf den ersten Blick revolutionär und völlig anders als die bisher beschriebenen Gussverfahren. Allerdings sind die Probleme denen im Guss aber recht ähnlich. Auch in der additiven Fertigung spielen Ungleichmäßigkeiten im Material, sowie durch die Abkühlung hervorgerufene Abweichungen eine Rolle. Der größte Unterschied ist, dass anstatt der Form beim 3D-Druck die Original-Druckdatei nach der Erstmusterprüfung mit Hilfe eines Geometriekorrekturansatzes kompensiert werden. Auch das wird mit VGstudio Max möglich sein.

Fazit

Unabhängig vom Fertigungsverfahren hat jedes Unternehmen das Ziel, bessere Teile mit weniger Iterationen herzustellen. Das neue Modul Fertigungsgeometriekorrektur erlaubt genau das. Durch die Korrektur von Form bzw. Teil direkt in der Software VGstudio Max sparen Unternehmen Kosten für die Erstellung bzw. Modifikation von Formen, sowie Zeit. Ein nicht zu unterschätzender Wettbewerbsfaktor.

Volume Graphics GmbH
www.volumegraphics.com

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