Simulation: Lösungen für die Additive Fertigung mit Metallen

Ansys will Simulationen durch die einfache Handhabung und die neuen Funktionen der neu erschienenen Ansys 2019 R1-Version noch umfassender und disziplinübergreifender machen. Dazu gehören auch Lösungen für die additive Fertigung von Metallen..

Trends wie 5G, autonome Fahrzeuge und Elektrifizierung verändern die Produktentwicklungslandschaft und erschweren es Ingenieuren, in Unternehmen mit Anforderungen und Komplexitäten Schritt zu halten. Die neuen Funktionen im gesamten Simulationsportfolio von Ansys soll es Ingenieuren ermöglichen, unabhängig vom Kenntnisstand, Simulationen schneller und intuitiver einzusetzen und so ihre Produktivität zu maximieren.

„Die multi-physikalischen Lösungen von Ansys befähigen Ingenieure, trotz reduzierter Budgets, weniger Schulungen und kürzerer Zeitpläne mit den steigenden Anforderungen mitzuhalten“, so Shane Emswiler, Vice President und General Manager der Ansys-Geschäftsbereiche Strukturmechanik, Strömung, Elektromagnetik, HF und Elektronische Systeme. „Mit den Verbesserungen in Ansys 2019 R1 leitet Ansys  die nächste Generation der allumfassenden und Ingenieursdisziplin-übergreifenden Simulation ein und ermöglicht es Ingenieuren auf allen Ebenen, die Simulation nahtlos über die gesamte Produktentwicklung und Lebensdauer zu etablieren.“

Mit der Simulationslösung können Ingenieure Konzepte iterieren, Simulationsergebnisse vergleichen und somit Designvarianten schneller und einfacher validieren, ohne Geschwindigkeit oder Genauigkeit einzubüßen.

Zu den Leistungsmerkmalen der neuen Version gehören unter anderem:

Lösungen für die Additive Fertigung mit Metallen 

Mit Updates für die Additive Suite, einschließlich eines neuen Produkts, bietet Ansys für die additive Fertigung (AM) mit Metallen eine leistungsfähige Simulationslösung an. Das neu veröffentlichte Ansys Additive Science gibt Ingenieuren eine Analyse-Umgebung an die Hand, um die optimalen Prozessparameter für metallische AM/3D-Print-Maschinen und verwendeter Materialien zu bestimmen und hilft Anwendern so zu verstehen, wie sich Änderungen zum Beispiel an Maschinenparametern auf Schmelzpolgrößen und Materialporosität auswirken. Innerhalb der bestehenden Tools erweitert Additive Print die Palette der unterstützten Materialien und berechnet dünnwandige Strukturen bei gleichzeitig höherer Robustheit noch schneller. Die Lösung  Workbench Additive erhöht die Genauigkeit bei gleichzeitiger Einhaltung vernünftiger Modellgrößen durch eine neue Vernetzungsoption: mehrschichtige tetraedrische Elemente, die die Modelltreue in Geometrien mit feinen Details erheblich beeinflussen.

„Wir helfen Kunden aus einer Vielzahl von Branchen wie Luftfahrt, Energie, Gas oder Öl, Geometrien für die Additive Fertigung zu optimieren. Ansys Additive Print nutzen wir, um zu simulieren wie Materialien sich im Druckprozess verhalten. Damit wird der Entwicklungsprozess verkürzt und die Kosten von Trial-and-Error reduziert“, so Sven Dosini, Managing Director bei Rosswag Engineering. „Ansys gibt unseren Kunden größere Freiheit, neue Legierungen mit geringerem Risiko herzustellen.“

Neue Benutzererfahrung

Eine neue Benutzerschnittstelle für Ansys Fluent soll den Workflow-Prozess verbessern. ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Innerhalb der Lösung profitieren Ingenieure von der Ein-Fenster-Lösung, die jeden Arbeitsschritt noch schneller und einfacher macht. Die intuitive Benutzeroberfläche optimiert den Workflow zur Generierung eines Gitternetzes aus importierten computergestützten Designs und verbessert die Benutzerfreundlichkeit für gängige Aufgaben – so können Anwender sich mit weniger Training schneller einarbeiten.

Mit Verbesserungen, die den Anwendernutzen im Fokus haben, lassen sich komplexe Probleme analysieren und lösen. Aufgabenbasierte Workflows mit Parallelverarbeitung können nun genutzt werden, um bessere Poly-Hexcore-Mosaik-Vernetzungen bis zu 10 Mal schneller zu erzeugen, so dass Anwender mehr Simulationen in kürzerer Zeit durchführen können.

Neue Produktlinie

Ansys Motion ist eine Mehrkörper-Dynamik-Lösung (MBD). Entwickelt von der südkoreanischen Firma Virtual Motion, Inc., stellt Ansys diese, vor allem in Südkorea industrieerprobte Technologie, nun seinen Anwendern weltweit zur Verfügung. Der MBD-Solver der dritten Generation bietet eine vollständige Suite an dynamischen Möglichkeiten für starre und flexible Körper. Die Produktlinie verfügt über eine umfangreiche Palette leistungsstarker anwendungsbasierter Toolkits, durch die Anwender komplexe Mechanismen, wie Antriebssysteme und Fahrzeughandling, problemlos modellieren können.

Funktionen für die Elektronik

Neue Angebote in der Elektronik- und Elektromagnetik-Produktfamilie umfassen einen EMI-Scanner, Elektromigration-Analyse und NVH-Funktionen (Noise Vibration Harshness). Ein neues Feature in Ansys SIwave und Ansys HFSS ist der EMI-Scanner, der es noch vor der Simulation erlaubt, Bereiche potenzieller elektromagnetischer Störungen auf den Leiterplattendesigns der Anwender zu identifizieren und so Fehler zu vermeiden und damit die Markteinführung zu beschleunigen. In SIwave erlaubt die Elektromigration-Analyse es den Anwendern, die mittlere Ausfallzeit für Strukturen auf dem Chip und in hochentwickelten Gehäusen und PCBs vorherzusagen. NVH ist ein neuer Workflow, der die Technologien Ansys Maxwell, Ansys Mechanical und den Akustik-Solver innerhalb der Ansys Workbench miteinander koppelt. Der Workflow berechnet das elektromagnetische Rauschen einer Maschine, wenn sie aufgrund elektromagnetischer Kräfte vibriert und erzeugt so innerhalb weniger Stunden ein vollständiges Rauschprofil.

Verbesserung der Strukturanalyseeffizienz

Die Weiterentwicklung des Solvers verbessert die Art und Weise erheblich, wie Anwender über Kontakte miteinander verbundene Baugruppen lösen, insbesondere durch die Nutzung von High Performance Computing (HPC) und Parallelisierung. Bestimmte Modelle können nun mehr als doppelt so schnell fertiggestellt werden. Ansys Mechanical fügt auch die thermische Konformität zu seinen internen Funktionen der Topologieoptimierung hinzu und ermöglicht es den Anwendern, Konstruktionen zu erstellen, die die Wärmeübertragung maximieren.

Verbesserungen beim Simulieren des Fortschreitens von Ermüdungsrissen und der nichtlinearen Neuvernetzung durch den Solver, zur Lösung stark deformierender Geometrien, ermöglichen es, kompliziertere Modelle zu lösen. Die Thermoanalysetechnik verwendet gemischte Elementtypen, um die Komplexität um das Fünffache zu reduzieren, und damit Simulationszeiten zu reduzieren, ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Das ist für die Lösung anspruchsvoller Elektronikverbindungstechniken und thermischer Schaltungsmodelle entscheidend.

Erweiterte physikalische Fähigkeiten im 3D-Design

In der 3D-Design-Suite erweitert Ansys die Topologie-Optimierung von Ansys Discovery Live und macht die digitale Produkterforschung und das simulationsgetriebene Design für jeden Ingenieur zugänglich. Durch die Echtzeit-Formoptimierung können Ingenieure ihre Ideen realisieren, indem das Gewicht drastisch reduziert wird, aber gleichzeitig die Stabilität erhalten bleibt und damit zuvor als unmöglich erachtete Formen erzeugt werden können. Diese Funktionen werden mit hoher Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit von Discovery Live bereitgestellt. Ansys Discovery AIM erweitert seine physikalischen Fähigkeiten um eine Zufallsvibrationslösung, eine gebräuchliche und nützliche Funktion für Ingenieure in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie der Verteidigungsindustrie. Ingenieure können nun die Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Verschiebung oder Spannung durch bestimmte Anregung innerhalb eines Bereichs beobachten. Ansys Discovery SpaceClaim enthält bereits zwei Beta-Funktionen, die darauf abzielen, jedes Konzeptmodell zu erstellen und zu parametrisieren, indem sie Skizzenbeschränkungen und Feature-Tracking enthalten.

Bild: Workflow in Ansys Fluent: Die intuitive Benutzeroberfläche optimiert den Workflow zur Generierung eines Gitternetzes aus importierten computergestützten Designs und verbessert die Benutzerfreundlichkeit für gängige Aufgaben – so können Anwender sich mit weniger Training schneller einarbeiten.