Neue Tools zur Anpassung des Faserlayouts sorgen für kosteneffiziente Stärke

Die Verstärkung von 3D-gedruckten Teilen mit Endlosfasern – wie Glas- oder Kohlefasern – ist eine wertvolle Fertigungsmöglichkeit. Sie ermöglicht es Anwendern, auf einfache Weise Teile zu drucken, die viel steifer und stärker sind als Teile, die nur aus Kunststoff bestehen. Beim Hinzufügen von Fasern zu einem Teil muss der Benutzer einige Entscheidungen treffen: die Art der Faserfüllung (konzentrisch oder isotrop), die Menge der zu verwendenden Fasern und die Stelle im Teil, an der die Fasern angebracht werden sollen.

Während die Standardfasereinstellungen für viele Anwendungen gut geeignet sind, erfordern bestimmte Szenarien eine manuelle Faserplatzierung. Faserüberschreibungen bieten mehr Kontrolle über die Faserplatzierung und ermöglichen es dem Benutzer, die Fasereinstellungen für bestimmte Schichten anzupassen.

In der Vergangenheit konnten diese benutzerdefinierten Faserüberschreibungseinstellungen nur auf ganze Schichten angewendet werden. Als Antwort darauf kündigen wir eine neue Funktion an – die Faserüberschreibungsskizze – die es dem Benutzer ermöglicht, die Faserplatzierung innerhalb jeder Ebene zu steuern.

Diese neue Funktion bietet mehr Kontrolle über die Faserverlegung. Anwender können wichtige Merkmale ihrer Teile selektiv verstärken, ohne das gesamte Teil oder die gesamte Lage zu verstärken. Dies ermöglicht eine effizientere Nutzung von Endlosfasern, was wiederum die Materialkosten senken kann.

Der Arbeitsablauf ist einfach: Erstellen Sie eine Faserüberlagerung, fügen Sie eine Skizze hinzu, und das Faserrouting wird automatisch aktualisiert.

Die Verwendung der Simulation in Verbindung mit dieser neuen Funktion kann den Prozess der Ermittlung und Validierung der erforderlichen Fasermenge beschleunigen, um die Leistungsfähigkeit des Teils sicherzustellen.

Hinzufügen einer Skizze in der Röntgenansicht zum Hinzufügen oder Entfernen von Fasern in bestimmten Bereichen innerhalb einer Gruppe von Ebenen

Nehmen wir das unten abgebildete Teil, eine Halterung für ein optisches Breadboard.

Ziel ist es, herauszufinden, welche Druckeinstellungen zu einem Teil führen, das die Anforderungen an den Sicherheitsfaktor erfüllt oder übertrifft – bei gleichzeitiger Minimierung der Materialkosten, da 250 dieser Teile hergestellt werden sollen.

3D-gedruckte Halterung für ein optisches Breadboard

Das Teil muss einer maximalen Belastung von 400 N standhalten können, ohne zu versagen. Ein angestrebter Sicherheitsfaktor von 1,5 berücksichtigt Unsicherheiten bei der Belastung und trägt dazu bei, dass das Bauteil im Betrieb nicht versagt.

Zu Beginn kann der Benutzer die Leistung des Basisteils – das die Standardeinstellungen von Onyx verwendet – mit der Simulation validieren. Der minimale Sicherheitsfaktor beträgt 1,06, womit die Anforderung von 1,5 nicht erfüllt wird.

Simulationsergebnisse für den Basisteil, der die Standardeinstellungen von Onyx verwendet

Um die Festigkeit zu erhöhen, kann der Benutzer dem Bauteil in allen Lagen und mit isotropem Routing durchgehende Glasfasern hinzufügen. Nach dieser Festigkeitssteigerung prognostiziert die Simulation einen Sicherheitsfaktor von 2,74. Dieses Teil ist jetzt zwar viel stärker als das Standardteil, aber es hat seinen Preis – die Materialkosten und die Druckzeit haben sich ebenfalls deutlich erhöht.

Da der Sicherheitsfaktor viel höher ist als nötig, besteht die Möglichkeit, die Glasfasermenge zu reduzieren und damit die Materialkosten erheblich zu senken. An dieser Stelle kommt das Skizzieren von Glasfasern zum Einsatz.

Bei der Skizzierung der Faserüberlagerung wird Glasfaser nur in dem Bereich des Bauteils hinzugefügt, der am meisten davon profitiert, d. h. im lasttragenden Bereich (zwischen der Last und dem primären Befestigungselement). Nach dem Skizzieren der Glasfasern zeigt die Simulation einen vorhergesagten Sicherheitsfaktor von 1,58: Das bedeutet, dass dieses Teil die Festigkeitsanforderungen übertrifft, obwohl viel weniger Glasfasern verwendet werden.

Im Vergleich zum gleichen Bauteil mit Glasfasern in allen Lagen sind die Kosten für jedes simulationsoptimierte Bauteil um 37 % niedriger und die Druckzeit um 44 % kürzer. Diese Einsparungen summieren sich schnell mit jedem Druckauftrag. Ein Produktionslauf von 250 optimierten Teilen führt beispielsweise zu Einsparungen von 1.197 US-Dollar an Materialkosten und 34 Tagen Druckzeit.

Kontinuierliche Glasfaserplatzierung (gelbe Bereiche) im Teil mit Fasern in allen Schichten (links) und im Teil mit Faserüberlagerungsskizze (rechts)

Simulationsergebnisse für die 3 Teilkonfigurationen:

Eiger’s neue Skizzenfunktion für Faserüberschreibungen reduziert die Materialkosten, indem sie mehr Kontrolle über die Faserplatzierung bietet. Diese neue Funktion ergänzt die Vorteile der Simulation. Die gemeinsame Nutzung beider Funktionen macht es schnell und einfach, ein leistungsgeprüftes Teil zu erhalten, ohne übermäßig viel Zeit und Endlosfasern zu verbrauchen.

Das Skizzieren von Faserüberlagerungen ist jetzt für alle in Eiger verfügbar. Simulation ist eine Funktion, die in der Abonnementstufe Advanced Digital Forge verfügbar ist. Kontaktieren Sie uns, um mehr über Simulation zu erfahren.

Weitere Informationen über Endlosfasern finden Sie in diesen Ressourcen: