Datenaufbereitung: Darauf kommt es bei 3D-Druckdaten an

Globale Lieferketten mit vielen Beteiligten und langen Transportwegen sind anfällig für Herausforderungen wie Qualitätsmängel, verzögerte Lieferungen oder Probleme bei der Zollabfertigung. Dies kann bis zum Stillstand der Produktion führen. Ein Ausweg ist die ortsnahe, flexible und unabhängige Fertigung, beispielsweise mit additiven Methoden. Welche Rolle spielt hier die Datenaufbereitung?

Additive Manufacturing als Lösung?

Mit ihrer Eigenschaft, Teile ortsunabhängig fertigen zu können, ist Additive Manufacturing (AM) ein ideales Mittel gegen lange und komplexe Lieferketten. Allerdings muss man hier noch einschränken, dass sowohl die Verfahren als auch die Prozessketten noch nicht in jedem Fall eine wirtschaftliche Serienfertigung von Bauteilen und Produkten zulassen.

Positiv ist da zu sehen, dass aktuell immer noch viele neue additive Verfahren und Hersteller auf den Markt kommen. Mit diesen wachsen die technologischen Möglichkeiten noch weiter an. Jedoch nehmen auch die Anforderungen an Software-Tools zur Vorbereitung der 3D-Modelle sowie zur Ansteuerung der unterschiedlichen AM-Maschinen zu. Was also tun?

Eine Lösung liefert der Softwarehersteller und etablierte CAx-Schnittstellenspezialist CoreTechnologie mit der Software 4D_Additive. Sie ist offen und flexibel ausgelegt und dient dazu, CAD-Modelle in kürzester Zeit ohne Umwege direkt an verschiedene Drucker-Modelle zu senden.

Sie kann also für alle Verfahren gleichermaßen eingesetzt werden. In einer grafischen Nutzeroberfläche findet der Nutzer einen Arbeitsablauf zur Vorbereitung von 3D-Teilen für die additive Fertigung in Form von nacheinander geschalteten Workshops vor. Dabei wendet sie sich nicht nur an die Endanwender, sondern auch an die wachsende Zahl der Gerätehersteller auf dem Markt der additiven Fertigung. Sowohl die spezifischen Anforderungen der Endanwender als auch der Gerätehersteller sollen auf Basis diese einen offenen Systems umgesetzt werden. Und zwar einfach und ohne Programmierung.

Offenes System

Für die Endanwender enthält die Software eine Maschinendatenbank und viele Funktionen, die für die verschiedenen Maschinen und Technologien frei konfigurierbar sind. Anwender können neben maschinenspezifischen Tools auch den gesamten Workflow ohne Schnittstellenverluste und zusätzlichen Konvertierungsaufwand in der Software abbilden. Wenn ein Nutzer Anlagen mehrerer Hersteller in einem Maschinenpark nutzt, kann er diesen im Idealfall mit nur einer Software ansteuern. Dies erhöht die Produktivität und vermindert den Schulungsaufwand für die Mitarbeiter.

Freie Konfigurierbarkeit ist ein generelles Ziel: Der Anwender soll ohne spezifische Programmierung die Software auf seinen Produktionsprozess anpassen können. Viele Spezifika sind frei konfigurierbar. Beispielsweise lässt sich auch ein kreisförmiger Bauraum definieren, ohne dass eine spezifische Programmierung notwendig wäre. Strategie ist auch, einen offenen, konfigurierbaren G-Code zu etablieren, den Maschinenhersteller integrieren können.

Datenaufbereitung: Wie die 3D-Druck-Software arbeitet

Zunächst liest die Software alle wichtigen CAD-Formate wie Catia, NX, Solidworks, Creo, Step sowie tesselierte STL-, 3mf- und amf-Formate. Aus den CAD-Daten werden die 3D-Toleranzen und -Ansichten, die sogenannten Views, sowie alle Attribute und Konstruktionselemente dargestellt. Durch die direkte Übernahme der originalen CAD-Daten stehen für die additive Fertigung lückenlos alle Fertigungsinformationen zur Verfügung. So wird ein präziser und durchgängiger Workflow geschaffen, der es dem Anwender erlaubt, ohne spezielles Knowhow in der Datenaufbereitung aus CAD-Daten einen funktionierenden 3D-Printjob zu erzeugen.

Durch den exakten Geometriekern werden Abweichungen ausgeschlossen, da das CAD-Modell auf Basis der originalen Geometriebeschreibung verbleibt. Healing-Funktionen analysieren die CAD-Modelle und beseitigen automatisch Lücken, Überlappungen, Mini-Elemente und gedrehte Flächen. Fehler, die nicht automatisch behoben werden, werden durch einfach zu bedienende Clean-up-Funktionen in Sekundenschnelle eliminiert. So wird sichergestellt, dass qualitativ optimale Modelle an den Drucker gesendet werden. Abweichungen und Fehler, die durch die Verwendung von STL-Daten entstehen, werden durch diesen Ansatz vermieden.

Durch Nativschnittstellen wird generell die Anzahl der Konvertierungen vermindert. Die Prüfung, Reparatur und Vorbereitung der originalen Flächen und Volumenkörper der exakten 3D-Modelle erfolgt nach CAD-Standards. CAD-Modelle können durch robuste Modelling-Funktionen für Gewinde oder Ensat-Buchsen schnell und einfach bearbeitet werden, ohne dass hierfür ein CAD-System oder CAD spezifisches Knowhow vorhanden sein muss. Dies ist sehr hilfreich bei der Erzeugung von Offset-Flächen zum späteren Überfräsen für die Herstellung von Funktionsmaßen oder bei Durchmesseränderungen.

Datenaufbereitung speziell für Pulverbettverfahren

Speziell für Pulverbettverfahren sind 3D-Nestingfunktionen integriert, um eine schnelle und thermisch optimierte Füllung des Bauraums zu gewährleisten. Die aktuelle Software-Version nutzt Verfahren, die auf Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) basieren. So werden gezielt freie Bereiche im Bauraum gefüllt und konstante Slice-Flächen der einzelnen Ebenen gewährleistet, wobei der Anwender Teile auch per Hand vornesten und optional für jedes Bauteil individuell die Freiheitgrade um X,Y und Z definieren kann.

Für das Positionieren bietet die Software eine automatische „Powercopy“-Funktion, die zur Vervielfältigung und Positionierung eine konturnahe, vereinfachte Voxel-Darstellung der Modelle verwendet, wodurch eine maximale Packdichte erreicht wird.

Die aktuelle Version der Software bringt eine API-Schnittstelle für Hewlett Packard sowie Photocentric Maschinen mit, um die am Computer erzeugten Slicing-Daten zeitsparend direkt aus der Software an den Drucker zu senden. Neu ist auch, dass Anwender Bitmaps der Slices mit einer frei wählbaren Auflösung erzeugen und in verschiedenen Formaten speichern können.

Immer neue Partner und ein großes Ziel

In Kooperation mit Herstellern von additiven Anlagen und Laserscannern arbeitet CoreTechnologie stetig an weiteren Integrationen für eine nahtlose Prozesskette vom CAD-Modell über das Versenden der Daten an die Maschine bis zum Druckjob.

Das große Ziel ist, mit additiver Fertigung in zunehmenden Maße eine wirtschaftliche Serienfertigung zu ermöglichen. Für Unternehmen ist es wichtig, sich mit AM auseinanderzusetzen. Das Verfahren verspricht Flexibilität, reduzierte Lagerkapazitäten, kurze Transportwege und technologische Vorteile durch neue Bauteil-Designs, Leichtbau und Funktionsintegrationen.

Essentiell für die Serienfertigung ist die Automatisierung der Prozesskette vom CAD-Modell hin zum fertigen Produkt. Hier sind Anwender, Maschinenhersteller und Softwarefachleute gleichermaßen herausgefordert, nicht nur hinsichtlich der Datenaufbereitung.

Der Autor Armin Brüning ist Geschäftsführer von CoreTechnologie.

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