Spiel­zeug bes­ser in Form ge­bracht

Für die Her­stel­lung von Mi­nia­tu­ren des aus dem Ani­ma­ti­ons­film „Cars“be­kann­ten Renn­wa­gens Light­ning McQueen woll­te IPC ei­ne Me­tall­form dru­cken, die dank Kühl­ka­nä­len, die ex­akt der Kon­tur des Wa­gens fol­gen, ei­ne bes­se­re Pro­duk­ti­ons­leis­tung er­brin­gen.

Autocad and Inventor Magazin - - Inhalt -

Op­ti­mier­tes Werk­zeug­de­sign für Smo­by Toys

Wer hat nicht von dem Film „Cars“ge­hört oder ihn so­gar ge­se­hen? Je­der, der Kin­der hat, wird die ver­schie­de­nen Cha­rak­te­re aus dem Film ken­nen und hat viel­leicht so­gar ein ent­spre­chen­des Spiel­zeug­au­to zu Hau­se. Smo­by Toys, der füh­ren­de Spiel­zeug­her­stel­ler in Frank­reich, lässt Kin­der­träu­me wahr wer­den und bie­tet San­de­i­mer, Ruck­sä­cke und an­de­re Pro­duk­te rund um Light­ning McQueen und sei­ne Freun­de an. Ei­ni­ge die­ser Spiel­zeu­ge wer­den von IPC her­ge­stellt, ei­nem For­schungs­zen­trum mit um­fang­rei­chem Fach­wis­sen im Be­reich 3D-Druck­tech­no­lo­gie. IPC woll­te da­her ei­ne Me­tall­form dru­cken, um Mi­nia­tu­ren des Renn­wa­gens Light­ning McQueen her­zu­stel­len. Durch die Kühl­ka­nä­le, die ex­akt der Kon­tur des Spiel­zeug­au­tos fol­gen, er­rei­chen die For­men ei­ne hö­he­re Qua­li­tät.

Fach­wis­sen in De­sign und Si­mu­la­ti­on für Pro­duk­ti­on

Die Her­stel­lung von For­men auf her­kömm­li­che Wei­se hat den Nach­teil, sehr zeit­rau­bend zu sein. Und bei der Her­stel­lung von Klein­se­ri­en sind die Kos­ten ent­spre­chend hoch. Für ih­ren Kun­den Smo­by Toys leg­te sich IPC da­her be­son­ders ins Zeug und ar­bei­te­te mit Ma­te­ria­li­se zu­sam­men, um deut­lich leich­te­re For­men her­zu­stel­len. Durch die 3D-ge­druck­ten, kon­tur­na­hen Kühl­ka­nä­le in den For­men küh­len sie schnel­ler ab. Je­an-Chris­to­phe Bor­néat, Pro­jekt­ma­na­ger bei IPC, er­klärt: “Der Haupt­vor­teil bei der Nut­zung ad­di­ti­ver Fer­ti­gungs­tech­no­lo­gi­en mit Me­tall liegt für IPC dar­in, dass Werk­zeu­ge für den Kunst­stoff-Spritz­guss ge­fer­tigt wer­den kön­nen, mit de­nen sich kon­tur­na­he Kühl­ka­nä­le er­stel­len las­sen. IPC kann da­durch die Pro­duk­ti­ons­pro­zess­dau­er sen­ken und die Tei­le­qua­li­tät stei­gern.”

Wenn das Spiel­zeug­au­to durch ge­ra­de Kühl­ka­nä­le her­un­ter­ge­kühlt wird, wür­den sich die Tei­le, bei de­nen der Ab­stand zu den Ka­nä­len ge­ring ist, schnel­ler ab­küh­len, und es wür­de län­ger dau­ern, ehe das ge­sam­te Spiel­zeug­au­to her­un­ter­ge­kühlt ist. Zu­sätz­lich da­zu ist auch das Ri­si­ko ei­ner Ver­for­mung hö­her. Durch den Ein­satz kon­tur­na­her Kühl­ka­nä­le konn­te IPC den Küh­lungs­pro­zess deut­lich be­schleu­ni­gen.

IPC ent­schied sich da­zu, be­stimm­te fes­te Bau­tei­le der Spiel­zeug­guss­form mit ei­ner Leicht­bau­struk­tur zu er­set­zen. Zu­nächst wur­de die To­po­lo­gie der Form mit der Al­ta­ir-Soft­ware op­ti­miert. Da­zu wur­de auch der Druck auf die of­fe­nen Ober­flä­chen be­rück­sich­tigt. Das Kon­struk­ti­ons- und Ent­wick­lungs­team

speis­te die­se Er­geb­nis­se dann in Ma­te­ria­li­se 3-ma­tic ein, um auf die­se Wei­se die Ober­flä­che zu glät­ten so­wie al­le Ar­te­fak­te zu be­sei­ti­gen und ein druck­fer­ti­ges 3D-Mo­dell zu er­hal­ten.

Das dar­auf fol­gen­de Ziel war es, die frei­en Be­rei­che mit ei­ner Git­ter­struk­tur zu ver­se­hen und da­bei al­le tech­ni­schen Da­ten für den 3D-Me­tall­druck zu be­rück­sich­ti­gen. Un­ser Kon­struk­ti­ons- und Ent­wick­lungs­team ent­warf Leicht­bau­trä­ger mit­hil­fe der Ma­te­ria­li­se 3 ma­tic-Soft­ware und führ­te ei­ne Re­struk­tu­rie­rung der Ober­flä­chen­git­ter durch, um das 3D-Mo­dell für die FEA-Ver­ar­bei­tung vor­zu­be­rei­ten. Für die­ses Pro­jekt setz­te IPC sein Fach­wis­sen in der Si­mu­la­ti­on ein. Sie si­mu­lier­ten die Wär­me und Fes­tig­keit des 3D-Mo­dells. Un­ser Kon­struk­ti­ons­team op­ti­mier­te dann die Bau­pa­ra­me­ter für die Git­ter­struk­tur ba­sie­rend auf die­sen In­for­ma­tio­nen.

Die Trä­ger hat­ten dann die rich­ti­ge Stär­ke und die Wär­me konn­te gleich­mä­ßig ab­ge­lei­tet wer­den, so­dass die Form für den Druck be­reit war – oder et­wa nicht? Noch nicht ganz! Für die Form war ei­ne rie­si­ge Da­tei er­for­der­lich, de­ren prä­zi­se Zer­le­gung in Schicht­da­ten meh­re­re St­un­den ge­dau­ert hät­te. Mit der schicht­ba­sier­ten Tech­no­lo­gie der Build Pro­ces­sor-Soft­ware war je­doch es mög­lich, die STL-Da­tei­pha­se zu um­ge­hen und die 3D-Geo­me­trie nur auf Schicht­ebe­ne an­zu­wen­den. Die Struk­tur- und Tex­t­ur­in­for­ma­tio­nen wer­den hier als Me­t­a­da­ten ge­spei­chert. Die ent­spre­chen­de STL-Da­tei wä­re 1000- bis 10.000-mal grö­ßer als die Da­tei mit den Me­t­a­da­ten. Die Form für das Au­to hät­te oh­ne die­se Tech­no­lo­gie nie­mals so ge­nau in Schicht­da­ten zer­legt wer­den kön­nen.

Be­schleu­ni­gen des Pro­duk­ti­ons­pro­zes­ses um 50 Pro­zent

Die Pro­duk­ti­on die­ses Spiel­zeug­au­tos ist das Er­geb­nis der Zu­sam­men­ar­beit zwi­schen IPC und Ma­te­ria­li­se. Für die Zu­sam­men­ar­beit kam das Fach­wis­sen in den Be­rei­chen FEA, nach­träg­li­che To­po­lo­gie­opti­mie­rung und Git­ter­kon­struk­ti­on zu­sam­men. Durch den Me­tall-3D-Druck konn­te der Pro­duk­ti­ons­pro­zess des Spiel­zeugs um 50 Pro­zent be­schleu­nigt wer­den. Mit der Git­ter­struk­tur konn­te ei­ne Ma­te­ri­al­ein­spa­rung von 12 Pro­zent für das obe­re Teil und 24 Pro­zent für das un­te­re Teil er­zielt wer­den. Zu­sätz­lich konn­te dank der Git­ter­struk­tur die Be­lich­tungs­ge­schwin­dig­keit des La­sers ge­stei­gert wer­den. Durch die leich­te­re Bau­wei­se der Form kön­nen jetzt au­ßer­dem Tei­le mit grö­ße­ren Ab­mes­sun­gen her­ge­stellt wer­den.

„Die Ma­te­ria­li­se 3-ma­tic-Soft­ware hilft uns da­bei, Grund­ma­te­ri­al mit op­ti­mier­ten Git­ter­struk­tu­ren zu er­set­zen. Die­se Op­ti­mie­rung senkt das Ge­samt­vo­lu­men der Form, die Pro­duk­ti­ons­zeit der ad­di­ti­ven Fer­ti­gung so­wie die Kos­ten und ver­klei­nert die ei­gen­span­nungs­an­fäl­li­gen Be­rei­che des Bau­teils. Durch die­se Ver­bes­se­run­gen kann IPC grö­ße­re For­men her­stel­len und ei­ne bes­se­re Ren­di­te er­wirt­schaf­ten“, gibt Je­an-Chris­to­phe Bor­néat, Pro­jekt­ma­na­ger bei IPC, zu be­den­ken. Das Er­geb­nis all die­ses Auf­wands für die Form für IPC ist je­doch je­de Mü­he wert. Die Per­fek­ti­on die­ser Zu­sam­men­ar­beit kann man in je­dem La­den mit Smo­by-Spiel­zeug be­wun­dern. ( anm) ■

Bil­der: IPC

Im 3D-Me­tall­druck ge­fer­tig­te Form des Light­ning McQueen-Spiel­zeug­au­tos.

Bil­der: IPC

Darstel­lung der Form mit kon­tur­na­hen Kühl­ka­nä­len.

Zwei Tei­le der For­men nach der nach­träg­li­chen To­po­lo­gie­ber­ei­ni­gung in Ma­te­ria­li­se 3-ma­tic.

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