Annons

”Revolutionär” simuleringsapp vässar ADDITIV TILLVERKNING

Additiv tillverkning, eller 3D-printning har utvecklats enormt de senaste åren. Komplexa geometriska strukturer som tidigare varit oerhört svåra att tillverka blir i spåren av den nya tekniken både möjliga att producera under god ekonomi och kan dessutom tillverkas med stora tidsvinster jämfört med traditionell teknik. Men det finns förstås komplikationsnivåer: Håller det materialet för de påfrestningar komponenten eller parten utsätts för på plats i sin konstruktion? Hur ser det ut med toleranserna? Uppstår deformationer i samband med 3D-printprocessen? Frågorna är många och det räcker sällan med att ta fram en design på ritbordet.
För att få svar på de här frågorna är simulering ett utmärkt hjälpmedel. Men hur sprider man resultaten effektivt inom produktutvecklingsteamet, till eventuella partners och kunder för synpunkter och tips? Svenska programutvecklaren av multifysiska mjukvaror COMSOL har för detta ändamål utvecklat lösningen Application Builder.
Vi har tittat på ett case där denna använts; brittiska MTC, Manufacturing Technology Center, som utvecklar skräddarsydda tillverkningssystemlösningar.

Application Builder-lösningen har funnits ute på marknaden ett tag vid det här laget. COMSOL kallar den gärna fortfarande ”revolutionerande” och även om beskrivningen har en doft av marknadsföringsprosa, så är den icke desto mindre bra och kan underlätta och förbättra produktutvecklingsarbetet väsentligt.  Upplägget kring Application Builder är att experterna skapar modeller i COMSOLs Multiphysicsmjukvara. Därifrån kan man sedan relativt enkelt bygga en simuleringsapp kring den produkt man skapat i Application Builder och dela sedan dela dessa via COMSOL Server. Detta är alltså bakgrunden till vad man nu börjat göra inom MTC och additiv tillverkning.

Att hitta optimala strukturer. Möjligheten att bygga geometriska strukturer som är svåra att skapa med traditionella metoder öppnar upp för nya lösningar.

I designsstadiet används ofta simuleringar för att hitta den optimala strukturen. Tyvärr räcker det inte alltid med att ta fram en design på ritbordet då den faktiska komponenten kan påverkas och deformeras av produktionsförloppet. Vid design av till exempel en flygplansmotor behövs inte enbart komponenterna optimeras i designskedet, de tillverkade delarna måste även klara de högt uppställda kraven på exempelvis toleranser.

0,1 mikrometer tunt lager.  För utskrift av metallkomponenter använder sig MTC ofta av en teknik som kallas ”Laser Powder Bed Fusion” som i princip smälter ner ett 0.1 mikrometer tunt lager med hjälp av en laserstråle och så byggs lager på lager upp till den hela komponenten. När dessa lager hettas upp och kyls ned deformeras komponenten något på grund av den termiska utvidgningen. Inte mycket, men tillräckligt för att en större komponent kan deformeras så mycket att det till och med blir visuellt synbart. I vissa fall får inte förändringen vara större än 0.1 millimeter och då måste den förväntade deformationen kunna hanteras redan innan detaljen skrivs ut. För att verifiera kvalitet och prestanda av de 3D-utskrivna komponenterna har MTC använt COMSOL Multiphysics.

Borja Lazaro Toralles, är gruppchef på brittiska utvecklaren av avancerade tillverkningssystem, MTC. Han säger: ”Det är inte bara de högutbildade simuleringsspecialisterna som ska kunna dra nytta av den nya kunskapen, utan även designavdelningen som vanligtvis arbetar med CAD. Därför började specialisterna på MTC att bygga simuleringsappar med hjälp av Application Builder som är ett är ett inbyggt verktyg för att skapa lättanvända applikationer av komplexa modeller.”

– Våra simuleringar förutspår spänningar och deformationer i komponenten under uppbyggnaden och på så sätt kan vi redan innan tillverkningsprocessen startar veta hur komponenten kommer att påverkas. När vi har den informationen kan vi så att säga invertera detta i vår design. Resultatet blir en ändrad geometrisk konfiguration som indata och som slutprodukt får vi det vi började med, säger Borja Lazaro Toralles som är gruppchef på MTC.

Inte anpassade för simulering. – Modeller för additiv tillverkning är traditionellt väldigt detaljerade. Ibland ända ner till mikrostrukturen. Dessa modeller är inte anpassade för simuleringar eftersom de skulle kräva enorma datorresurser, men vi måste ändå förstå hur hela komponenten beter sig under tillverkningsprocessen. För att kringgå detta har vi förenklat lageruppbyggnaden och vi har definierat ett analytiskt uttryck för temperaturfältet som är baserat på uppmätt data från verkligheten. Detta reducerar beräkningstiden markant och ger oss samtidigt tillräckligt noggranna resultat, säger Borja Lazaro Toralles.

Det är inte bara de högutbildade simuleringsspecialisterna som ska kunna dra nytta av den nya kunskapen, utan även designavdelningen som vanligtvis arbetar med CAD. Därför började specialisterna på MTC att bygga simuleringsappar med hjälp av Application Builder som är ett är ett inbyggt verktyg för att skapa lättanvända applikationer av komplexa modeller.

CAD-filen är indata. En viktig poäng med apparna är att de kan köras av vem som helst utan simuleringserfarenhet. På så sätt kan hela organisationen helt plötsligt utnyttja den nya tekniken. Indata till appen är en CAD-fil, val av metall som titan och rostfritt stål och hur komponenten är fixerad vid uppbyggnadsskedet. Utdata är den geometri som ska skrivas ut för att få en perfekt slutgiltig form.

– Alla här tycker att appen är användbar och den ger oss hela tiden bra resultat. Den innehåller allt vi behöver: Den delar upp ursprungsgeometrin i olika lager, vägleder användaren genom analysen och ger feedback. Appen byggdes för vår designavdelning som vanligtvis inte simulerar, men nu kan de enkelt importera CAD-filer och förutse hur formen förändras efter tillverkningen, avslutar Borja Lazaro Toralles.

Print Friendly, PDF & Email

Success Stories

Industriellt

Success Stories

Intressant på PLM TV News

PLM TV News

PLM TV News

PLM TV News

PLM TV News

PLM TV News

Aktuell ANALYS

Aktuell Analys

Aktuell Analys

3D-printing

Block title