Nesting-Technologie 3D-Druck-Software mit KI-gestützter Nesting-Technologie

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Die neue Version der 3D-Druck-Software 4D_Additive 1.6 von CoreTechnologie verfügt über eine KI-gestützte Nesting-Technologie. Mit ihr lassen sich bis dato unerreichte Packdichten generieren und in Folge Druck- sowie Abkühl­zeiten deutlich verkürzen. Eine um 30 Prozent gesteigerte Effizienz beim Betrieb von SLS- und MJF-Druckern ist möglich.

Eine Kernfunktion der additiven Fertigung ist das sogenannte Nesting, also das automatische Platzieren der zu druckenden Bauteile im virtuellen Bauraum des 3D-Druckers. Bei herkömmlichen Verfahren ist der prozessbedingte Energie- und Kostenaufwand enorm.

Der deutsch-französische Software-Hersteller CoreTechnologie hat diesen Prozess ins Visier genommen und mit der neuen Version der 4D_Additive-Software eine Nesting-Funktion mit hoher Effizienz bei einfacher Bedienung realisiert. So werden jetzt durch intelligente Vorsortierung der zu platzierenden Bauteile und verbesserte Berechnungsgenauigkeit bis dato unerreichte Packdichten generiert. Zudem wird die Maschinenlaufzeit bei gleicher Teile-Anzahl durch die reduzierte Packhöhe um 30 Prozent verringert, was Energie- und Kostenaufwand eklatant reduziert.

3D-Druck-Software: Kürzere Maschinenlaufzeit als Wettbewerbsvorteil

Unter ökonomischen Gesichtspunkten ist die aus der höheren Packdichte resultierende Produktivität oder eine bei gleicher Teile-Anzahl niedrigere Bauhöhe sowie die damit verbundene geringere Maschinenlaufzeit ein entscheidender Wettbewerbsvorteil.

Der Geschäftsführer der Entwicklungsabteilung von CoreTechnologie Gauthier Wahu erklärt: „Mit unserer neuen Nesting-Technologie ist uns ein Durchbruch gelungen. Auch nach zahlreichen Tests und Benchmarks sind wir immer wieder erstaunt über das Potenzial der Software und vor allem darüber, wie viel einfacher, schneller und effizienter die neue Nesting-Funktion arbeitet. Mit der neuen Version werden jetzt Bauräume niedriger und dichter gepackt, als wir es jemals zuvor in allen unseren Benchmarks gesehen haben.”

Statt 357 nur 283 Millimeter Bauhöhe

Ein exemplarischer Druckvorgang mit dem HP MJF 4200 Drucker bei einer Bauhöhe von 380 Millimetern und einer im Balanced Modus 16 Stunden betragenden Laufzeit zeigt eindrücklich das Potenzial der neuen Technologie. Durch die neue Nesting-Funktion kann der gleiche Baujob anstatt mit 357 Millimetern mit einer reduzierten Bauhöhe von nur 283 Millimeter „genestet“ werden. Die Bauhöhe reduziert sich um 74 Millimeter und die hieraus resultierende Druckzeit verringert sich um drei Stunden. Die Packdichte erhöht sich von acht auf zehn Prozent und die Dauer des Nesting-Vorgangs in der Software reduziert sich von acht auf 3,5 Minuten.

Davon ausgehend, dass die neue Funktion einmal am Tag, also bei einem Druckjob je Maschine pro Tag, eine Effizienzsteigerung bzw. Laufzeitverringerung von drei Stunden erreicht, resultiert daraus bei 250 Produktionstagen im Jahr pro Maschine eine zusätzliche Produktivität von rund 750 Stunden. Die effizientere und damit kostensparende Nutzung der Drucker ist sicher das wichtigste Argument für effizienteres Nesting, denn diese teure Ressource muss optimal genutzt werden, um im harten Wettbewerb zu bestehen.

Bei zusätzlicher Betrachtung der reduzierten Abkühlzeit eines Jobs, die beim Pulverbettverfahren rund dreimal so lange wie die Druckzeit beträgt, resultieren aus drei Stunden reduzierter Druckzeit zusätzlich neun Stunden reduzierte Abkühlzeit. Insgesamt resultiert durch die neue Nesting-Technologie bei einem typischen Druckjob eine zeitliche Ersparnis von zwölf Stunden. Auf das Jahr hochgerechnet errechnet sich eine Zeiteinsparung von insgesamt 3.000 Stunden.

Die effektive Produktionszeit sowie Produktionskosten werden also deutlich verringert und die additive Fertigung von Kleinserien im täglichen Betrieb gewinnt durch eindeutigen Wettbewerbsvorteil an Attraktivität.

Große Bauteile optimal verteilen

Durch die neue Nesting-Funktion werden zudem im Vergleich zum Bauraum der Maschine relativ große Bauteile optimal verteilt und die Zwischenräume für die kleineren Bauteile effizient genutzt. Wichtig für die Oberflächenqualität ist hinsichtlich des Nesting darüber hinaus die optimale bzw. gleichmäßige Verteilung der Bauteile zur Vermeidung von Hitzenestern. Damit eine gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht wird, erfolgt nach dem Packen ein automatischer Optimierungsvorgang, der durch leichtes Verschieben der Bauteile dafür sorgt, dass gleichmäßige Slicingflächen in X-, Y- und vor allem in Z-Richtung entstehen und somit Wärmenester vermieden werden. Da die neue Nesting-Technologie sehr hohe Packdichten ermöglicht, ist es für einige Drucktechnologien wichtig, dass die Software über einen Begrenzungsparameter für die maximale Packdichte verfügt, damit die Packdichte und damit einhergehend die Temperaturentwicklung begrenzt werden, die aus einer sehr hohen Packdichte resultieren.

Kürzere Berechnungszeiten der 3D-Druck-Software

Die Berechnungsgeschwindigkeit der neuen Nesting-Funktion wird durch bessere Ausnutzung der Multiprozessorberechnung und der Speicherverwaltung bei gleichen Ausgangsbedingungen und identischer Berechnungsgenauigkeit um 200-300 Prozent verbessert. Falls die Effizienzsteigerung durch Packdichten- und Bauhöhen-Optimierung weiter auf die Spitze getrieben werden soll und die Berechnungszeit eine untergeordnete Rolle spielt, gibt es die Möglichkeit, der Software mehrere Nesting-Versuche zu erlauben, um die beste Version zu ermitteln und zu konservieren. Zusätzlich kann zur Individualisierung jedes Bauteil eigene Nesting-Parameter erhalten, die die Rotation um die X-,Y- und Z-Achsen ein- oder ausschalten. So werden auch Bauteile, die eine festgelegte Fertigungsposition haben, optimal zusammen mit Bauteilen gefertigt, die um die X- und Y-Achse oder um alle Achsen gedreht werden dürfen.

Zahlreiche fortgeschrittene Einstellungen und Optionen sowie die Möglichkeit zur Erstellung eines Nesting-Profils erlauben die optimale Anpassung des automatisierten Prozesses an verschiedene Anforderungen.

Automatisches sowie auf den Drucker, die Bauteile und das Material angepasstes Nesting einhergehend mit einem optimalen Füllgrad der Maschine ist heute der Schlüssel, um sich im stark umkämpften Dienstleistungssektor zu behaupten und den Gewinn zu maximieren. Zudem profitiert die zunehmende additive Inhouse-Fertigung im Maschinen- und Anlagenbau sowie im Elektronik- oder Konsumgüter-Bereich von der Effizienzsteigerung der flexiblen, additiven Fertigung qualitativ hochwertiger Kleinserienteile.

Der Autor Armin Brüning ist Geschäftsführer von CoreTechnologie.