Eine Version dieses Artikels erschien ursprünglich bei Forbes.
FDM hat bereits bewiesen, dass es die Herstellung des Teils ermöglicht. Die schwierigere Frage in der heutigen Produktion lautet jedoch: Können Sie nachweisen, dass jedes Teil, das aus dem Drucker kommt, die Anforderungen erfüllt, die Zertifizierung besteht und dennoch wirtschaftlich sinnvoll ist? Die digitale Beantwortung dieser Frage ist die Aufgabe von FDM-Simulationssoftware – und sie funktioniert nur, wenn die Simulation versteht, wie das Teil tatsächlich gedruckt wird.
Dieser Artikel beleuchtet, warum die Qualifizierung gedruckter Teile so kostspielig ist, warum Allzweck-Simulationen bei FDM das Wesentliche übersehen und was Führungskräfte in der Fertigung jetzt tun können, um Teile aus dem Prototyping-Labor in die zuverlässige Serienproduktion zu überführen.
Laut Wohlers Associates beliefen sich die weltweiten Umsätze in der additiven Fertigung im Jahr 2025 auf 24,2 Milliarden US-Dollar, was einer Wachstumsrate von 10,9 % entspricht. Das ist ein leichter Anstieg gegenüber 2024, liegt aber immer noch deutlich unter den Wachstumsraten von über 20 %, die die Branche vor der Pandemie verzeichnete. Aussagekräftiger ist jedoch, woher das Wachstum stammt: Dienstleistungen für den Druck, also die Unternehmen, die tatsächlich Teile herstellen, machen mittlerweile 48 % des Branchenumsatzes aus und verzeichneten ein Wachstum von 15,5 %, während der Absatz von Systemen um 3,6 % stieg.
Der Schwerpunkt verlagert sich zunehmend auf die Produktion. Das nächste Kapitel der Branche hängt weniger vom Verkauf weiterer Drucker ab, sondern vielmehr davon, ob man den von diesen Druckern hergestellten Endbauteilen und Produktionsteilen vertrauen kann.
Bei sicherheitskritischen Anwendungen ist Vertrauen naturgemäß teuer. Das NIST weist darauf hin, dass die vollständige Qualifizierung eines Materials durch umfangreiche empirische Tests oft viele Tausend Einzelversuche, Millionen von Dollar und 5 bis 15 Jahre erfordert. Angesichts dieser Belastung beschränken viele Hersteller den Einsatz additiver Fertigung auf das Prototyping-Labor, wo Fehler wenig kosten und niemand kritische Fragen zur Entstehungsgeschichte eines Teils stellt.
Die Drucker sind selten der Engpass. Moderne FDM-Systeme sind leistungsfähiger als die sie umgebenden Arbeitsabläufe. Eine vertrauenswürdige Produktion erfordert, dass jede Phase die nächste beeinflusst: Design, Prozessdefinition, Fertigung, Prüfung, Leistung und Kosten. In den meisten Unternehmen werden diese Phasen in separaten Werkzeugen abgewickelt, und jeder Übergang zwischen ihnen ist eine Stelle, an der Vertrauen verloren geht.
Die Simulation ist ein deutliches Beispiel dafür. Wenn man ein FDM-Bauteil simuliert, ohne dessen tatsächliche Werkzeugbahn/Werkzeugweg zu kennen, prognostiziert man das Verhalten eines Bauteils, das möglicherweise nie hergestellt wird. Wenn digitale Modelle nicht vertrauenswürdig sind, bleibt als einzige Alternative nur die langsame, zerstörende physikalische Prüfung oder eine Überdimensionierung des Bauteils, um das auszugleichen, was die Simulation nicht erkennen kann.
Bei der konventionellen Zerspanung beginnt ein Bauteil als zertifizierter Rohling, und seine Materialeigenschaften werden getrennt von seiner Geometrie verwaltet. Die additive Fertigung funktioniert anders. Das Material entsteht im selben Moment wie die Geometrie, und die Werkzeugbahn/Werkzeugweg ist es, der beides erzeugt.
Das physikalische Testprogramm von Novineer, das auf dem Weg zu einer Validierung mit 1.500 Tests bereits mehr als 700 Tests absolviert hat, zeigt, wie wichtig dies ist. Zwei Teile mit identischer Geometrie und identischem Ausgangsmaterial, die auf derselben Maschine gedruckt und auf dieselbe Weise beladen wurden, können sich in ihrer Durchbiegung um das bis zu Sechsfache unterscheiden – allein aufgrund der Werkzeugbahn/Werkzeugweg, die zum Auffüllen der Teile verwendet wurde. Jede Simulation, die den Prozess vom Material trennt, ist strukturell falsch.
Man kann sich das so vorstellen: Ein gedrucktes Bauteil hat eine Anatomie (seine Geometrie) und eine Physiologie (sein Material). Es hat außerdem ein Nervensystem, die Werkzeugbahn/Werkzeugweg, die definiert, wie das Bauteil Schicht für Schicht geformt wird und – zusammen mit seiner thermischen Geschichte – wie es sich unter Belastung verhält. Deshalb ist die Simulation der Werkzeugbahnen für FDM weitaus wichtiger als eine rein geometrische Analyse.
Wenn Simulationsmodelle, die anhand physikalischer Tests validiert wurden, mit der tatsächlichen Werkzeugbahn/Werkzeugweg und dem Bauverlauf verknüpft sind, lassen sich die Erkenntnisse von einem Bauteil auf das nächste übertragen. Die Qualifizierung wird so zu einem Wert, der sich summiert, anstatt zu Kosten, die bei jeder Parameteränderung erneut anfallen.
NoviPath wurde von Novineer entwickelt, um diese Lücke für Stratasys-Anwender zu schließen. Anstatt einen idealisierten Körper zu simulieren, simuliert es das Bauteil so, wie es tatsächlich gedruckt wird – unter Verwendung der tatsächlichen Werkzeugbahn/Werkzeugweg, der Schichtausrichtung sowie der Material- und Druckerdaten, die direkt aus GrabCAD Print Pro übernommen werden, ohne dass ein Export erforderlich ist.
Der Arbeitsablauf umfasst vier Schritte: Öffnen des Auftrags aus GrabCAD Print Pro, wodurch NoviPath die Geometrie, die Werkzeugbahn/Werkzeugweg, das Material und die Druckerdaten erhält; Anwenden von Punktlasten, Flächenlasten und Vorrichtungsbeschränkungen; Berechnung, wobei NoviPath die lokal variierende Filamentausrichtung innerhalb weniger Minuten auf das Bauteil abbildet; anschließend Überprüfung der Spannungs-Hotspots, der Verschiebung und der vorhergesagten Versagensstelle in einem automatisierten Bericht.
Die Ergebnisse wurden anhand zerstörender Prüfstandtests validiert:
NoviPath unterstützt die Modelle Stratasys F900, Fortus 450mc und F3300 mit vorab validierten Parametern für ULTEM 9085, Antero 800NA und FDM Nylon 12CF. Es ist ab sofort als Upgrade für Kunden von GrabCAD Print Pro verfügbar, und für den Start einer Testversion ist keine Kreditkarte erforderlich.
Eine ausführlichere Anleitung zu dieser Methode finden Sie in unserem früheren Beitrag zur Simulation der additiven Fertigung für FDM.
Für Führungskräfte in der Fertigung, die den 3D-Druck für die Produktion evaluieren, stehen drei Prioritäten im Vordergrund:
Die Produktion wird Teile ohne „Memory“ nicht verzeihen. Früher oder später wird ein Kunde nach den Unterlagen zu einem Teil fragen. Die Frage ist, ob Sie diese dann parat haben.
FDM-Simulationssoftware prognostiziert, wie sich ein im Fused Deposition Modeling-Verfahren hergestelltes Bauteil unter Belastung verhalten wird, bevor es gedruckt wird. Die genauesten Werkzeuge verwenden die tatsächlichen Werkzeugbahnen und Materialdaten, da sich FDM-Bauteile je nach Art der Materialablage unterschiedlich verhalten.
Allgemeine FEA-Werkzeuge wie ANSYS und Abaqus simulieren das Bauteil als homogenen Festkörper, sodass die Werkzeugbahn nie in das Modell einfließt. NoviPath übernimmt die tatsächliche Werkzeugbahn aus GrabCAD Print Pro und bildet die lokal variierende Filamentausrichtung auf das Bauteil ab, sodass die Steifigkeit und Stabilität / Festigkeit jedes Bereichs der Art und Weise entspricht, wie das Material aufgetragen wurde. Die Daten werden direkt aus GrabCAD Print Pro übernommen.
Beim FDM-Verfahren bestimmt die Werkzeugbahn/Werkzeugweg, wie das Material aufgetragen wird, was sich direkt auf Stabilität und Steifigkeit auswirkt. Teile mit identischer Geometrie können je nach Werkzeugbahn/Werkzeugweg sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, sodass eine Simulation auf Basis der tatsächlichen Werkzeugbahn/Werkzeugweg weitaus höhere Zuverlässigkeit bei den Vorhersagen liefert als eine rein geometrische Analyse.
Durch Simulationen, die anhand physikalischer Tests validiert wurden, können Ingenieure strukturelle Anforderungen zunächst digital überprüfen, wodurch die Anzahl der physikalischen Testzyklen reduziert wird und zerstörende Prüfungen erst bei der abschließenden Zertifizierung erforderlich sind. Außerdem wird eine Überdimensionierung vermieden, da Teams Wandstärken und Füllungen nicht mehr künstlich erhöhen müssen, um Unsicherheiten auszugleichen.
Sie benötigen ein aktives GrabCAD Print Pro-Abonnement und einen unterstützten Stratasys-FDM-Drucker (F900, Fortus 450mc oder F3300), um kompatible Werkzeugbahnen/Werkzeugwege zu erstellen. Sie können eine Testversion starten, ohne dass eine Kreditkarte erforderlich ist.
Probieren Sie NoviPath mit GrabCAD Print Pro aus und finden Sie heraus, wo Ihr Bauteil versagen wird und bei welcher Belastung, noch bevor es die Bauplatte erreicht. Melden Sie sich für Ihre kostenlose Testversion an
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