Composite Extrusion Modeling (CEM) AIM3D integriert CEM-3D-Drucker in Siemens NX-Tool

Ein 3D-Druckverfahren als durchgängige digitale Prozesskette von der Konstruktion bis zur Fertigung und dem Post-Processing abzubilden, ist die logische Konsequenz einer digital-additiven Fertigungsstrategie. Im Auftrag von AIM3D hat der Entwicklungsdienstleister Naddcon jetzt den 3D-Drucker ExAM 255 in das NX-Umfeld von Siemens integriert.

Siemens NX bietet mit CAD-, CAM- und CAE-Ansätzen dem Konstrukteur ein umfassendes Tool zur Konstruktion und iterativen Optimierung von additiven Bauteilen. Bezogen auf ein gewünschtes Anforderungsprofil können die 3D-Bauteile hinsichtlich Bionik, Freiformflächen, selektiven Dichten (variable Füllstrategien) und Gewichtseinsparungen (z.B. Gitterstrukturen) optimiert werden. Auch können die Fasern für den Kraftfluss optimiert abgelegt werden, was die Steifigkeit oder Elastizität und die mechanische Belastbarkeit definiert. Zudem sind ein Datenbanksystem und leistungsfähige Simulationsmodelle hinterlegt.

Die Multimaterialdrucker von AIM3D können auf Grundlage von Standard-Spritzgussgranulat Produkte aus Metallen, Keramiken, Kunststoffen und verstärkten Kunststoffen drucken. Ihr Composite Extrusion Modeling (CEM-Verfahren) kombiniert den Metallspritzguss, den Keramikspritzguss und den eigentlichen Spritzguss mit dem FDM-Verfahren.

Integration des CEM-Verfahrens in Siemens NX

Nun wurde die Maschinen-Firmware des CEM-3D-Druckers ExAM 255 als CAM-Bearbeitungsmaschine in die CAD/CAM-Umgebung von Siemens NX eingebunden. Das ermöglicht neben konstruktiven Optimierungen auch eine exakte Simulation des 3D-Druck-Verfahrens, so dass Verfahrgeschwindigkeiten, Extruderleistung und Temperaturen in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie punktgenau gesteuert werden können. Dafür wurde das CAD-Modell der ExAM 255 in NX importiert, die Kinematik-Achsen definiert und der Maschinennullpunkt festgelegt. Dieses Kinematik-Modell ermöglicht die Maschinensimulation der Werkzeugbahnen vor der eigentlichen Fertigung. Dann folgt die Werkzeugbahngenerierung für den Extruder der AM-Anlage.

Optimiertes Bauteil als Demonstrator

Die Programmierung wurde an einem Musterbauteil aus PA6 GF30 auf der ExAM 255 ausgetestet. Es wurden optimale Prozessparameter identifiziert und mögliche Fehler im Post-Prozessor ausgeschlossen. Der Demonstrator konnte mit NX zahlreichen Optimierungen unterworfen werden. So kann der Konstrukteur jetzt Dichten variieren, Gitterstrukturen zur Gewichtsreduzierung integrieren, Schrumpf kontrollieren, Versteifungen vornehmen und „Bohrungen“ verlegen, um das gesamte Bauteil optimal zu designen und es prozessfähig im 3D-Drucker aufzubauen.

Freiformflächenbearbeitung im 3D-CEM-Druck

Durch die Integration des CEM-Verfahrens in Siemens NX können jetzt auch Werkzeugbahnen entlang von gewölbten Flächen erzeugt werden. Echte 3D-Bahnen, die Ebenen unabhängig erzeugen, werden so generiert. Bei der Anwendung dieser Technologie in der Prozessentwicklung kann der AM-typische Treppenstufeneffekt vermieden werden. Das Ergebnis ist eine echte 3D-Kontur eines Volumenkörpers.

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