Einführung
Measurement Solutions Limited (MSL) hat sich schnell zu einem der vertrauenswürdigsten britischen Partner für End-to-End-Lösungen in den Bereichen Design, Fertigung und Inspektion entwickelt und ist bekannt für die Bereitstellung von Produkten und Dienstleistungen für einige der führenden britischen Unternehmen in den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Fertigung und Bildung.
Anwendung
Ricoh 3D suchte die Unterstützung von MSL in Bezug auf deren Expertise bei der Verwendung von nTopology – der nächsten Generation von Konstruktionssoftware.
Ricoh 3D benötigte Hilfe bei der Erstellung einer Print-on-Demand-Lösung für ein maßgeschneidertes Automatisierungssystem, das ein renommiertes globales Lebensmittelunternehmen benötigte. Konkret benötigte Ricoh 3D ein Zugangskit: ein komplexes Teil, mit dem schwere Produktionsanlagen in Form von “Maschinenfüßen” vom Boden abgehoben werden können.
“Dies war eine großartige Gelegenheit, einem Kunden zu zeigen, wozu AM in der Lage ist, der normalerweise ein übertechnisiertes Design mit subtraktiver Fertigung bevorzugt. Wir wollten nicht nur beweisen, dass AM in dieser Umgebung mehr als leistungsfähig ist, sondern auch ein wirklich einzigartiges Teil liefern, das mehr leistet als eine konventionell hergestellte Komponente.”
Joe Winston, nTopology Kundenbetreuer, Measurement Solutions Ltd
Herausforderung
Die Herausforderung für Ricoh 3D bestand in diesem Fall darin, die Zustimmung des Kunden zu erhalten. Die meisten Unternehmen würden sich oft für maßgeschneiderten Stahl entscheiden. Dies kann sich jedoch bei der Herstellung als schwierig erweisen, da der Zeitdruck des Unternehmens und die daraus resultierenden globalen Auswirkungen berücksichtigt werden müssen und zudem hohe Kosten anfallen.
Eine Herausforderung bestand darin, den Kunden davon zu überzeugen, dass diese alternative Lösung effektiver funktionieren würde. Es galt, ihn von symmetrischen und überdimensionierten großen Stahlkonstruktionen abzubringen und ihn davon zu überzeugen, dass die Lösung immer noch in der Lage sein würde, eine Maschine von ca. 500 kg zu halten.
Es wurde ein neuer Ansatz gewählt und die ursprünglichen Entwürfe waren zunächst auf konventionelle CAD-Modellierungsmethoden beschränkt. Diese Einschränkung bedeutete, dass Standardschnitte und parametrische Modellierung in der Regel zu einem überkonstruierten Bauteil führen würden.
Die Ingenieure von Ricoh 3D waren mit der Optimierung und der Fähigkeit vertraut, Komponenten zu entwerfen, die die spezifischen Anforderungen der Anwendung erfüllen und gleichzeitig zu organischen und interessanten Formen führen, die mit 3D-CAD unmöglich zu modellieren sind.
Nachdem sie Beispiele für optimierte Teile gesehen hatten, die von MSL mit nTopology entworfen wurden, waren die Ingenieure inspiriert, einen neuen Ansatz zu wählen…
Lösung
Optimierung des Maschinenfußes in nTopology…
Joe Winston von MSL sagte: “Zunächst haben wir das Originalteil in nTopology importiert und mit der eingebauten FEM eine statische Analyse durchgeführt. Diese zeigte uns, wo sich Bereiche mit hoher Belastung befanden und bewies, dass das Teil massiv überdimensioniert war. Dadurch entstand nicht nur unnötiges Gewicht, sondern es wurde auch Material verwendet, das für den Herstellungsprozess nicht erforderlich war.
“Wir haben die Schalenfunktion in nTopology verwendet, um eine variable Wandstärke zu erzeugen. Indem wir die Ergebnisse unserer statischen Analyse nutzten, waren wir in der Lage, in Bereichen mit geringer Belastung mehr Material zu entfernen und in Bereichen mit hoher Belastung weniger Material zu entfernen.
“An diesem Punkt waren wir mit der Gesamtgeometrie zufrieden und beschlossen, so viel von der Struktur wie möglich in einen Kreisel zu verwandeln, um noch mehr Material zu entfernen, aber ein gutes Maß an struktureller Steifigkeit zu erhalten.
“In nTopology hatten wir die vollständige Kontrolle über die Zellgröße und die Wandstärke. Wir nutzten dies zu unserem Vorteil, indem wir unsere statischen Analyseergebnisse erneut zur Steuerung der gyroiden Struktur verwendeten. Wir erstellten eine Geometrie mit dickeren Wänden in Bereichen mit hoher Belastung und dünneren Wänden in Bereichen mit geringer Belastung. Dadurch wurde nicht nur die Kreiselstruktur optimiert, sondern wir erhielten auch ein Teil, das visuell beeindruckend ist und ein echter Hingucker.
Die leichtgewichtigen Teile wurden im Print-on-Demand-Verfahren hergestellt und in einer kontrollierten Umgebung bei Ricoh UK Products Limited (RPL), der Heimat von Ricoh 3D, montiert. Da die Füße der Maschine nach Übersee zum Endkunden transportiert werden mussten, war die Gewichtsreduzierung des Endprodukts äußerst vorteilhaft, da dadurch die Frachtkosten reduziert werden konnten.
Ergebnisse
Im Rahmen dieses Projekts wurden 12 Maschinenfüße erstellt. Durch den Einsatz der nTopology Software zur Optimierung der Maschinenfüße konnten diese das Gesamtgewicht der Maschine von 500 kg sicher berücksichtigen. Der globale Kunde verlangte, dass jeder Fuß für eine Belastung von 60 kg ausgelegt sein sollte – und die Belastbarkeit wurde mit einem Sicherheitsfaktor von 2 (120 kg maximale Belastungsgrenze) überschritten. Bei Ricoh 3D wurden auch zerstörende Tests durchgeführt, um das Leistungsniveau zu bestätigen.
Zeugnis
“Dieses Projekt zeigt, dass mit der richtigen Mischung aus aufgeschlossenen Ingenieuren, Experten für den Herstellungsprozess und einer Software, die bisher unerreichte Designlösungen ermöglicht, einige wirklich bahnbrechende Entwürfe möglich sind und eine völlig neue Art, über die Entwicklung von AM-Komponenten nachzudenken.
“Als Industrie müssen wir die Ingenieure dazu ermutigen, jedes ihnen zur Verfügung stehende Werkzeug zu nutzen, um alle Vorteile, die AM bieten kann, auszuschöpfen.”
Joe Winston, nTopology Kundenbetreuer, Measurement Solutions Ltd