Metal Binder Jetting: Verzüge beim Sintern frühzeitig und genau simulieren

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Metal Binder Jetting: Verzüge beim Sintern frühzeitig und genau simulieren

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Eine Simulationssoftware für das Metal Binder Jetting (MBJ) ermöglicht es, auch ohne spezielle Simulationskenntnisse die Verzugsprozesse beim Sintern besser vorherzusagen und in der Konstruktion frühzeitig zu berücksichtigen.
Metal Binder Jetting: Schrumpfprozesse berechnen

Quelle: Simufact

  • Metal Binder Jetting ist ein vielseitiges und kostengünstiges additives Fertigungsverfahren, das vergleichsweise hohe Stückzahlen in kurzer Zeit ermöglicht.
  • Eine der größten Hürden für seinen Einsatz stellt die genaue Vorhersage der Verzüge beim Sintern dar, die physikalische Versuche notwendig macht.
  • Mit einer neuartigen Simulationssoftware lassen sich die Schrumpfprozesse frühzeitig vorhersagen und die entsprechenden Analysen für konstruktive Optimierungen nutzbar machen.

Simufact, Teil der Hexagon Manufacturing Intelligence Division, hat eine Simulationssoftware für das Metal Binder Jetting (MBJ) auf den Markt gebracht. Erstmalig haben Hersteller bereits in der Konstruktionsphase die Möglichkeit, die durch den Sinterprozess entstehenden Verformungen von Teilen, zu erkennen und zu verhindern. Das neue Modul in Simufact Additive unterstützt Anwender der MBJ-Technologie, die geforderte Produktqualität zu erreichen und gleichzeitig die Vorteile des Verfahrens für die Herstellung hoher Stückzahlen zu nutzen. Metal Binder Jetting ist eine neuartige additive Fertigungstechnologie, die im Vergleich zu gängigen Pulverbettverfahren entscheidende Vorteile bietet:

  1. hohe Stückzahlen mit minimalem Abstand pro Druckvorgang
  2. keine Stützstrukturen nötig
  3. höhere Druckgeschwindigkeit im Vergleich zu konventionellen AM-Verfahren

MBJ bietet dem Anwender das Potenzial, den kostengünstigen Metallspritzguss mit geringem Volumen für Automobil- und Flugzeugteile bis hin zu medizinischen Anwendungen zu ersetzen. Da eine hohe Auflösung möglich ist, können Kosten sowie Durchlaufzeiten für die Herstellung komplexer und leichter Metallteile wie Zahnräder oder Turbinenräder reduziert werden.

Anwender können sich schnell das Wissen um die Vorteile der Lösung aneignen, um sie dann optimal zu nutzen. Eine der größten Herausforderungen im MBJ-Prozess ist die Vorhersage von Schrumpfungen während des Sinterns. Im Sinterprozess werden die so genannten Grünteile wärmebehandelt, dabei können sie um bis zu 35% schrumpfen. Einfache Schrumpfmodelle können solche Verzüge während des Sinterprozesses nicht vorhersagen. Bisher waren kostspielige physikalische Versuche notwendig, um den Druck jedes Teils zu optimieren. Dadurch konnten viele Hersteller die Kosteneinsparungen und die Flexibilität, die MBJ bietet, nicht nutzen.

Metal Binder Jetting: Kosteneinsparungen und Flexibilität oft noch nicht nutzbar

Mit dem neuen MBJ-Tool ist der Anwender in der Lage, auch ohne spezielle Simulationskenntnisse die Schrumpfung, die durch Faktoren wie die thermische Belastung, Reibung und Schwerkraft während des Sinterns verursacht wird, vorherzusagen. Bauteile können bereits während der Konstruktion virtuell gedruckt, analysiert und optimiert werden. So wird der Anteil der Fehldrucke erheblich reduziert. Sinterinduzierte mechanische Spannungen werden in der Simulation vorhergesagt und so werden mögliche fehlerhafte Stellen vor dem realen Druck erkannt. Der Anwender nutzt diese Informationen, um frühzeitig Änderungen in der Produktentwicklung vorzunehmen und kostspielige Neukonstruktionen zu reduzieren.

Funktionen für die Automatisierung von Abläufen

Simufact Additive hat ein einfaches und praxisorientiertes GUI-Design, welches automatisiert den MBJ-Prozess aufbaut und erforderliche CAD/CAE Dateien für den realen Druck bereitstellt. Neben der Simulation von einzelnen MBJ-Prozessen kann durch Python-Skripte eine Vielzahl an Varianten, wie etwa aus einem Versuchsplan, automatisiert erstellt und berechnet werden. Um die Sinterkompensation zu validieren und die Qualität zu gewährleisten, kann die optimierte Geometrie des MBJ-Tools unmittelbar sowohl mit der ursprünglichen Konstruktionsgeometrie (CAD) als auch mit einem Scan eines gefertigten Teils innerhalb der Benutzeroberfläche verglichen werden.

„Wir freuen uns, die erste Lösung zur Simulation von Metal Binder Jetting-Sinterprozessen auf den Markt zu bringen. Wir wissen, dass Metal Binder Jetting für unsere Kunden eine Schlüsseltechnologie für die Fertigung ist, insbesondere dort, wo komplexe Teile mit hohen Stückzahlen hergestellt werden müssen, wie zum Beispiel in der Automobilindustrie. Diese Entwicklung war nur in enger Zusammenarbeit zwischen unseren Hersteller- und Druckerpartnern und unserer hocherfahrenen Forschungs- und Entwicklungsabteilung möglich.“, so Dr. Gabriel McBain, Senior Director Product Management, Simufact & Forming Technologies.

Bild oben: Drei Phasen der automatisierten Optimierung zeigen die Verzugskompensation eines Scharniers mit Hilfe des Metal Binder Jetting-Moduls in Simufact Additive. Die Ergebnisse zeigen die Abweichung zwischen dem simulierten Teil und seiner ursprünglichen CAD-Geometrie – blau / rot: schlecht; grün: gut. Bildquelle: Simufact.

Weitere Informationen: https://www.simufact.de/anwendungsfeld-metall-binder-jetting.html

Erfahren Sie hier mehr darüber, wie STEP-Modelle optimiert aus der 3D-Druck-Software kommen.

Lesen Sie auch, wie sich die Kosten für den 3D-Druck frühzeitig und zuverlässig kalkulieren lassen.

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