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Experteninterview: Ravi Kunju, leitender Vize für Geschäftsentwicklung & Strategie bei Altair, über Simulationssoftware für den 3D-Druck 

Die 3D Druckbranche befindet sich auf einer stündigen Suche einen einfacheren und schnelleren Entwurfsvorbereitungs-Workflows zu erreichen. Das Entwerfen für die additive Fertigung ist ein komplexer Prozess mit einzigartigen Herausforderungen und Möglichkeiten. 
 
Daher sind entsprechende Tools erforderlich, damit Ingenieure die Designflexibilität von AM voll ausschöpfen können. Altair ist ein solches Unternehmen, das diese Lösungen entwickelt. Altair ist ein globales Technologieunternehmen, das Software und Cloud Lösungen in den Bereichen Produktentwicklung, Hochleistungsrechnern und Datenanalyse anbietet.
 
In unserem Experteninterview diese Woche sprechen wir mit Ravi Kunju, leitender Vize für Geschäftsentwicklung & Strategie bei Altair, über Simulationssoftware für den 3D-Druck. Durch Ravi erfahren Sie mehr über das kürzlich eingeführte Altair Inspire Print3D Softwaretool, die derzeitige Simulationssoftware für den 3D-Druck, und lernen somit einige der aufregenden AM Anwendungen kennen, durch die Altair Lösungen ermöglicht. 

Können Sie uns etwas über Altair und die Herausforderungen, die Sie lösen, erzählen?

Wir sind ein globales Technologieunternehmen, das Software und Cloud Lösungen im Bereich Produktdesign, Produktentwicklung, Hochleistungsrechnern und auch Datenanalyse anbietet.
 
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Unsere Vision und was wir in den letzten 30+ Jahren unternommen haben, ist die Transformation von Produkt und Geschäftsentscheidungen, und dass durch unsere Simulationstechnologie, unsere Datenanalyselösungen und auch unsere branchenführenden Lösungen zur Designoptimierung.
 
Ich bin für die simulationsgesteuerten Designprodukte von Altair verantwortlich. 
 

Sie haben kürzlich die Altair Inspire Print3D-Software veröffentlicht. Können Sie die verschiedenen von Ihnen angebotenen Softwarelösungen erläutern?

 
Altair Inspire Print3D ist nur eine von vielen Lösungen, die wir anbieten. 
 
Altair ist seit vielen Jahren führend auf dem Gebiet der Optimierung. Mit unserer Optimierungstechnologie können Kunden Konstruktionen für alle Arten von Fertigungsmethoden erstellen, sei es Blechumformung, Gießen, Extrudieren oder Spritzgießen. Sie nutzen unsere Technologie auch, um die Leistungsanforderungen besser zu verstehen und generative Designs speziell für einen Herstellungsprozess zu erstellen. 
 
In diesem Zusammenhang ist es wichtig, Anfang und Ende des Spektrums zu verstehen. Das eine bestimmt das Design und das andere passiert, wenn Sie ein Design haben, das Sie herstellen möchten. Diese Elemente werden auf unserer Plattform zusammengeführt. 
 
Eines der Dinge, die wir mit unserer Inspire-Plattform getan haben, ist, den simulationsgesteuerten Entwurfsprozess in den Vordergrund zu rücken und es den Designern leichter zu machen, Entwürfe zu verstehen und voranzutreiben, während wir den Herstellungsprozess genau kennen lernen. 
 
Da es nicht ratsam ist, den Herstellungsprozess von den Konstruktionsanforderungen zu trennen, haben wir diese über unsere Plattform zu einer einzigen Umgebung zusammengefasst.
 
Inspire Print3D konzentriert sich also auf zwei Dinge. Zum einen können unsere Benutzer auf der Inspire-Plattform Entwürfe speziell für jeden AM Prozess erstellen, unter Verwendung spezifischer Fertigungsregeln (Einschränkungen), die das Design an den Fertigungsprozess anpassen. 
 
Zweitens müssen alle Leistungsanforderungen berücksichtigt und kombiniert und fortschrittliche numerische Methoden verwendet werden, um automatisch ein Design für das selektive Laserschmelzen (SLM) oder die Schmelzabscheidung (FDM) oder das Binder-Jetting (MJF) oder die additive Drahtbogenfertigung (WAAM) zu erstellen. 
 
Mit dem Print 3D-Modul können Sie also nicht nur das Design erstellen, sondern auch die Leistung des von Ihnen erstellten neuen Designs virtuell überprüfen. 
 

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Simulation mit der Inspire Print3D-Software von Altair [Bildnachweis: Altair]

 
Mit der ersten Version von Print3D kann der Benutzer den selektiven Laserschmelzprozess simulieren. In diese Umgebung ist eine fortschrittliche thermomechanische Simulation eingebettet, um alle beim 3D-Druck auftretenden Fertigungsprobleme wie Verzerrungen, hohe Spannungen und damit verbundene Brüche zu bewerten. Die Designer können das Design generieren und Supportstrukturen hinzufügen sowie alle Probleme in einer einzigen Umgebung beheben, bevor sie mit dem Drucken beginnen. 
 
Der größte Vorteil, den wir sehen, besteht heute darin, dass die Kunden, wenn Sie sich ansehen, was sie mit AM tun können, in der Regel einen suboptimalen Ansatz für die Erstellung eines optimalen Designs verfolgen. Sobald sie einen Entwurf erstellt haben, werden sie außerdem versuchen, Stützstrukturen einzurichten, um sicherzustellen, dass sie das Teil drucken können, und dann später feststellen, dass sie Probleme haben. All diese Schritte werden meistens auf separaten Softwarelösungen ausgeführt.
 
Altair beseitigt all das, indem es den Benutzern ermöglicht, ein Teil in einer einzigen Umgebung zu entwerfen und zu bewerten. 
 
Es ist allgemein bekannt, dass rund 45 Prozent der Kosten für Metall AM heutzutage auf die Entfernung von Trägern zurückzuführen sind. Die effektive Verwendung unserer Entwurfsregeln (Einschränkungen) ermöglicht es den Endbenutzern, Entwürfe zu erstellen, die nur minimale oder gar keine Stützstrukturen anbieten. Wir erlauben den Benutzern auch, Stützstrukturen zu erstellen und deren Wirksamkeit durch die thermomechanische Simulation zu verstehen. Dabei können wir den Aufbau, die Abkühlung und das Entfernen der Stützen simulieren und die nachfolgende Rückfederung und den damit verbundenen Verzug vorhersagen und nachgeschaltete Fehler vermeiden 
 
Dies ist, was Inspire Print3D tut: Endbenutzer können Ihr Design in einer einzigen Umgebung planen, bewerten und validieren. Altair Inspire hilft somit unseren Endbenutzern, leichte und leistungsstarke Designs zu erstellen und gleichzeitig die Produktivität zu verbessern. 
 

Wie würden Sie den aktuellen Stand der Entwurfs, Simulations und Topologieoptimierungssoftware für AM beschreiben?

 
Altair ist seit mehreren Jahren führend in der Topologie Optimierung und im generativen Design, nicht nur für die Additive, sondern für alle Fertigungsprozesse. Wir haben mehr als 5.000 Kunden, die unsere Produkte täglich einsetzen, um optimale Designs zu erstellen. 
 
Aber nicht alle generativen Designtools sind gleich. Wir haben die besten numerischen Methoden, um Schlüsselprobleme zu lösen, und wir sind die einzigen, die unterschiedliche Leistungskriterien anwenden, Lastfälle zusammenfassen und sie mit Fertigungsbeschränkungen kombinieren, um Entwürfe zu erstellen, die für diesen Entwurfsprozess sehr spezifisch sind. 
 
Um ein Design voranzutreiben und zu generieren, müssen zwei Dinge gut verstanden werden: die Leistungsanforderungen und der Herstellungsprozess. 
 
Zum Beispiel, wenn Sie Metallguss ausführen und keinen Kerne benötigen, was müheselig und teuer ist, oder wenn Sie eine Form ohne Hinterschneidungen erstellen möchten, um Muster effizient aus der Matrize zu entfernen. Die richtigen Fertigungsbeschränkungen müssen mit der Leistungsfertigung kombiniert werden, um den Leichtbau zu generieren. 
 
Es gibt viele Tools auf dem Markt, die ein organisches Design erzeugen können, und die Leute neigen dazu zu glauben, dass dies alles ist, was benötigt wird. Tatsächlich ist dies jedoch nur der Anfang, da Sie sicherstellen müssen, dass Sie die Herstellungsprozesse verstehen und wissen, wie das optimale Design für einen bestimmten Prozess aussehen sollte. Das bloße Erzeugen einer optimalen Form reicht nicht aus, wenn Sie die Herstellungsanforderungen nicht kennen. 
 
Im generativen Designraum gibt es viele numerische Ansätze, die Sie verwenden können. Sie können beispielsweise einige Entwurfsvariablen erstellen und Tausende von Entwürfen generieren und dann sagen: „Ich werde all diese verschiedenen Formen und Größen variieren. Das gibt mir tausend Entwürfe, ich werde  jeden Einzelnen bewerten und den besten identifizieren.” Dies kann für bestimmte Optimierungen auf Komponentenebene suboptimal, zeitaufwendig und teuer werden. Möglicherweise erhalten Sie so keine gute Lösung. 
 
Auf der Simulationsseite beschränkt sich AM heute hauptsächlich auf das Prototyping. Altair war jedoch bestrebt, seinen Kunden dabei zu helfen, den Prozess so zu gestalten, dass mehr als nur Einzelteile hergestellt werden können. Können wir die anderen Methoden wie Binder Jetting ausnutzen? Können wir das Hybridgießen erkunden, bei dem Sie Formen aus Sand drucken und dann Gussteile in diese Sandform gießen? Können wir einige dieser Optionen untersuchen, um Ihre Fähigkeiten in Kapazität umzuwandeln?
 
Es war unser Bestreben, die einzigartigen Herstellungsanforderungen genau zu verstehen. Heute sind wir führend in der Herstellung von Hochleistungs-Leichtbauteilen sowie Werkzeugen und Baugruppen nach dem neuesten Design für Fertigungsmethoden. 
 

Können Sie über einige Anwendungen sprechen, die auch dank Ihrer Konstruktionssoftware erreicht wurden? 

 
Die frühesten Anwender waren die Satelliten- und Luftfahrtunternehmen, da sie keine großen Volumina hatten, aber hochoptimierte und leichte Konstruktionen benötigten. Wir haben mit EOS eine Teleskophalterung und andere Halterungen für EADS entwickelt, bei denen komplexe Lasten ins Spiel kamen.
 
Wir arbeiten auch mit Automobilunternehmen wie BMW, Ford, GM und einer Vielzahl anderer Unternehmen auf der ganzen Welt zusammen, die sich mit der additiven Fertigung als praktikable Option für das Prototyping befassen. 
 
Wenn ich es analysiere, dann sehen wir nicht nur den direkten 3D-Druck, sondern auch eine Fülle von Hybridfertigungen, bei denen die traditionelle Fertigung mit der Additiven kombiniert wird. Damit meine ich beispielsweise den Sand 3D-Druck von Kernen und Formen zum Gießen.
 
Der zweite Bereich sind Formen für den Kunststoffspritzguss. Es ist wichtig, dass sich die Formbaugruppe, die den Hohlraum bildet, während des Druckzyklus nicht trennt, wodurch ein Grat entstehen würde der dann entfernt werden muss. Die gesamte Form kann unter Verwendung eines generativen Designs strukturell optimiert werden, um die Integrität unter den Lasten aufrechtzuerhalten. 
 
Neben der strukturellen Optimierung können wir auch die Wärmeauskopplung mit konformen Kühlleitungen optimieren, die Regionen umwickeln, die eine schnelle Abkühlung erfordern. Solche organischen Strukturen sind ideal um in 3D gedruckt zu werden. 
 
Wir arbeiten mit PROTIQ an Beispielen, bei denen Sie die Zykluszeit von 9 Sekunden auf 3 Sekunden verkürzen können. Wenn Sie also bisher eine Million Teile pro Tag herstellten, können Sie nun 3 Millionen Teile pro Tag herstellen. Dies bedeutet, dass Sie Ihre Produktivität verdreifachen und die Form für den Spritzgussprozess optimieren können.
 
Wir arbeiten auch mit der Roboterindustrie zusammen, die zahlreiche Anwendungen hat, bei denen die Designoptimierung und der 3D Druck für Roboter Armgreifer verwendet wird. Die Greifer nutzen sich in der Regel sehr schnell ab und müssen sofort ausgetauscht werden, um Störungen am Fließband zu vermeiden. 
 
Für extrem große Strukturen haben wir kürzlich mit MX3D an einem 3D gedruckten Roboterarm zusammengearbeitet. MX3D ist eine 3D-Druckerei, die zur Herstellung großer Metallstrukturen proprietäre Drahtbogentechnologie einsetzt. 
 

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Mit Hilfe der Altair-Software optimierter MX3D RobotArm [Bildnachweis: Altair] 
 

Unser softwaregestützter MX3D optimiert das Design des Roboterarms, um diesen um mehr als die Hälfte des ursprünglichen Gewichts zu reduzieren, wobei Druckbeschränkungen berücksichtigt werden. Bei diesem Projekt verwendeten unsere Ingenieure die Generative Design Customization, um die effizienteste Form für den 3D gedruckten Roboterarm zu finden.
 
Es gibt auch viele Verteidigungsanwendungen, die vom 3D-Druck profitieren können. Wenn beispielsweise ein Teil eines Kampffahrzeugs ausfällt, möchten Sie dieses Teil sofort vor Ort ausdrucken können, ohne auf das Eintreffen eines Ersatzteils warten zu müssen. Dies gilt insbesondere für ältere Teile, für die Sie möglicherweise keine Zeichnungen haben. 
 
Unsere Lösungen werden auch im medizinischen 3D-Druck eingesetzt. Zum Beispiel verwendet Andiamo, ein Orthesen Unternehmen, den 3D-Druck, um besser passende Orthesen herzustellen. Die traditionelle Art, eine Orthese herzustellen, besteht darin, ein Glied eines Torsos in Gips zu wickeln, der dann abgeschnitten und zur manuellen Herstellung geschickt wird. 
 
Andiamos Prozess macht Gipsabdrücke überflüssig und beginnt mit einer digitalen 3D-Scan des Körpers. So entsteht ein hochpräzises Modell, um mit dem Entwerfen beginnen zu können. Der Prozess beinhaltet auch zahlreiche Simulationen, um eine perfekte Passform z.B. für ein Kind zu gewährleisten. 
 
Wir sehen auch ein zunehmendes Interesse an 3D-Druckverfahren wie dem Binder-Jetting. Wir arbeiten mit einigen unserer Partner in diesem Bereich zusammen, z. B. Desktop Metal und ExOne. Auf der Formnext stellten wir Binder-Jetting-Anwendungen vor, bei denen wir den gesamten Prozess der Herstellung einer Fahrradhalterung mit FDM, SLM, Hybrid Casting und Binder Jetting Verfahren durchlaufen haben. 
 

Wenn sie die Branche im allgemeinen betrachten, was sind aus Ihrer Sicht die wichtigsten Entwicklungen für 2020?  

 
Die Branche bewegt sich sehr schnell. Wenn ich zu AM Veranstaltungen gehe, wird deutlich, dass sich die Anzahl der Druckerhersteller und Materiallieferanten gegenüber dem Vorjahr fast verdoppelt hat. Angesichts des zunehmenden Wettbewerbs bin ich sehr zuversichtlich, dass die hohen Kosten, was die potenziellen Akteure in der additive Fertigung derzeit stark abschreckt, in Zukunft gesenkt werden. 
 
Und die zunehmende Anzahl von Akteuren wird dem Endverbraucher wahrscheinlich helfen.
 
Schauen Sie sich zum Beispiel die Zahnmedizin an. Sie ist eine der ausgereiftesten, denn wenn ein Verbraucher eine neue Krone setzen lassen möchte, macht der Zahnarzt einfach einen Scan des Zahns und sendet den Scan zum Drucken und die Krone ist in 2-3 Tagen fertig. Dieser Zyklus muss auch in anderen Branchen erreicht werden. Darauf werden sich 2020 alle Betreiber weiterhin konzentrieren.
 

Gibt es Herausforderungen, die Ihrer Meinung nach noch zu bewältigen sind, um die Einführung des 3D-Drucks weiter zu beschleunigen?

 
Es gibt eine Reihe von Herausforderungen, die miteinander verflochten sind. 
 
Erstens sind da die Kosten. Die Kosten hängen offensichtlich von der Größe des Teils und dem Produktionsvolumen ab, die bestimmen, welche Art von Herstellungsverfahren angewendet werden soll. Selbst innerhalb von Additiven möchten Sie zum Beispiel entweder mit selektivem Laserschmelzen oder mit Metallbindemittelstrahlen arbeiten. 
 
Der zweite Aspekt ist die Zertifizierung. Wie können wir ein Teil zertifizieren, unabhängig davon, ob es sich um ein tragendes oder ein sicherheitskritisches Teil handelt? Und wie hoch ist die Wiederholgenauigkeit? 
 
Heute besteht die Herausforderung darin, dass wir die Kosten nicht kontrollieren können und die Wiederholbarkeit gering ist. Wenn ein Teil in einem bestimmten Drucker gedruckt wird, ist es dann möglich die gleichen Spezifikationen erreichen, wenn dieses Teil von einem anderen Drucker und an einem anderen Ort gedruckt wird? Wie stehen die Chancen, dass sich die Teile genau gleich verhalten? Daraus ergibt sich die Herausforderung, die auf Mikroebene stattfindende Physik genau modellieren zu können. 
 
Dies wirft die Frage auf, ob die Benutzer sicher sein können, dass das endgültige Teil konsistent über verschiedene Plattformen und Standorte hinweg gedruckt werden kann. 
 
Es gibt so viel zu tun, um branchenweite Standards und Materialnormen zu etablieren. Materiallieferanten, Druckerhersteller, Softwareanbieter – alle müssen zusammenkommen, um bestimmte Standards hinsichtlich der zulässigen Toleranzen für leicht oder schwer belastete sicherheitskritische Teile festzulegen. in Bezug auf die Einhaltung der inneren Porosität und/oder der äußeren Oberflächenqualität. 
 
Wenn Sie sich die Geschichte ansehen, egal ob es sich um Guss, Schmieden oder Blech handelt, hatten sie alle über die Jahre hinweg eine mit den Vorgängen verbundene Prüfstelle, wie zum Beispiel die American Foundry Society. Es gibt viele Organisationen, die sich dafür einsetzen, alle zusammenzubringen und Standards zu schaffen. Heutzutage explodiert der AM Markt in allen Bereichen, aber irgendwann muss alles zusammenkommen, um gemeinsam Standards zu schaffen und sicherzustellen, dass alle Branchenakteure auf einer Seite sind. 
 

Zum Schluss noch die Frage: Was erwartet Altair in diesem Jahr? 

 
Wir werden weiterhin Simulationslösungen für unsere Benutzer entwickeln. In Bezug auf die additiven Fertigungsprozesse werden wir weiterhin Lösungen entwickeln, mit denen Technologiebenutzer den Prozess validieren und die damit verbundenen Unsicherheiten verstehen können. 
 
Letztendlich konzentrieren wir uns auf drei Hauptpfeiler: zum einen das Leistungsverständnis, zum anderen den Entwurf durch Kombination der folgenden Faktoren; die Leistung und den Herstellungsprozess selbst. Sie alle müssen Hand in Hand gehen, und wir werden unsere Mission fortsetzen, unseren Kunden dabei zu helfen, die Leistung und den Herstellungsprozess so genau wie möglich zu validieren, um die Entwürfe voranzutreiben. 
 
Wir werden weiterhin Physik mit Hochleistungsrechnen und Daten kombinieren. Wir müssen sie alle zusammenfügen, da einige Probleme durch das Verstehen der Physik gelöst werden können, und einige Probleme müssen durch maschinelles Lernen gelöst werden. Wir werden uns bemühen, alle Technologien, die wir entwickeln, zu kombinieren, um die Effizienz und Rentabilität unserer Kunden zu steigern und ihnen letztendlich dabei zu helfen, bessere Entscheidungen zu treffen und Produkte mit einer besseren Leistung zu liefern.