A kihívás: Hagyományos, lemezalkatrészként összetett gyártási eljárásban létrehozott motorház zsanér 3D fémnyomtatása súlymegtakarítás és gyártási átfutási idő csökkentése, illetve beépített gyalogosvédelmi funkció megvalósításának céljából.
A megoldás: A gyártási próbadarabok számának csökkentése Simufact Additive alkalmazásával. A szoftver képes előre jelezni a geometriai torzulást, így lehetővé téve a selejtgyártás elkerülését. Ezzel jelentős idő és költségmegtakarítást eredményez.
A gép: SLM-Solutions SLM280
A generatív motorház zsanér
Az additív gyártástechnológia soha nem látott közelségbe hozza a súlycsökkentés és a beépített gyalogosvédelem megvalósításának lehetőségét az autógyártásban.
A fejlesztési projektben résztvevő EDAG Engineering Center és voestalpine Additív Gyártási Központ a Simufact mérnökcsapatának teljes támogatását élvezte. Az erőfeszítés pedig nem volt hiába való. A teljesen újra gondolt alkatrész az eredetihez képest 50%-os súlycsökkentést produkált. Ezen felül lehetővé vált az aktív gyalogosvédelmi funkció csaknem teljes beépítése is. További előny, hogy a kevesebb alkatrészből álló összeállítás kevesebb szerelési időt és energiát igényel, amivel további költségek takaríthatók meg.
A konstrukció újra tervezését topológiai optimalizálással valósították meg. Az így létrejött bionikus design filigrán felépítést, alacsony tömeget, de nagy teherviselő képességet eredményezett.

A feladat valódi nehézsége
A támasztó szerkezet mennyiségének és geometriájának meghatározása a nyomtatás sikerének egyik kulcsa. A „támstruktúra” szükséges a nyomtatás közbeni szilárdság megőrzéséhez, továbbá ahhoz is, hogy ne torzuljon a darab a jelentős hőbevitel okán kialakuló belső feszültség miatt. Ugyanakkor a struktúra mennyiségének növekedésével a felhasznált fémpor, energia és a szükséges idő is növekszik. Azaz költségessé válik a nyomtatás. Fontos tudni, hogy az utómunka során eltávolítandó plusz anyag jelentős munka, amivel a költségkalkuláció során is számolni érdemes.
A geometriai torzulás, a belső feszültségek csökkentése mérnöki feladat. A nyomtatás során kialakuló stressz milliméterekkel is torzíthatja a kész darabot, ami használhatatlanná tenné a zsanért. Megfelelő szimulációs megoldás nélkül a helyes technológia, tájolás és „támstruktúra” kikísérletezése hosszú és költséges feladat. Azonban, ha egy szoftver, mint a Simufact Additive előre jelzi a hibát, a kísérletezések akár teljesen elkerülhetővé válnak.
A fémnyomtatás szimulációja
Mindkét kihívás, azaz a támasztó szerkezet mértéke és geometriája, valamint a geometriai torzulás is elkerülhető a nyomtatás szimulációjának helyes futtatásával. A motorház zsanér esetében a hangsúly a csavarodások elkerülésén volt, noha a struktúra helyes kezelése ezzel szorosan összefügg.
A Simufact Additive használatával a nyomtatás teljes folyamata leszimulálható. Ez jellemzően a tervezési folyamattal indul, amit az alkatrész modelljének előkészítése követ, ideértve a támstruktúrát és a tájolást is. Az építési technológia és a nyomtató műszaki adatai is itt kerülnek definiálásra. Ezt az előkészítést a Simufact-be való betöltés követi, ami tartalmazhat hőkezelést, vagy más, pl. a repülőgépiparban használt eljárásokat is, mint a HIP, azaz a forró izosztatikus préselés. Természetesen kalkulál a támasztás és a nyomtatási tálca paramétereivel és változásaival, ahogy a kész darab tálcáról való eltávolításával is.

A motorház zsanér projekt esetében az ún. „inherent strain” módszer került alkalmazásra. A módszer előnye a rövid szimulálási idő. (léteznek módszerek, melyek napokig tartó szimulációs folyamatot igényelnek – kétségtelenül nagyon pontos végeredménnyel párosulva).
Népszerű a mérnökök körében azért is, mert az építési folyamat fizikájának leírása gyors, ami gyakorlatilag néhány paraméter megadásával történik. Ennek része egy teszt, ami azonos gépben történő alkatrész gyártásával jár. Az egyszerűség árát nem a pontosságban kell megfizetni, ami nem csak elterjedté, hanem sikeressé is teszi ezt a szimulációs eljárást.

Geometriai kompenzáció
A 3D nyomtatás szerszám nélküli gyártás, így a kompenzálás is eltér a konvencionális eljárásokhoz képest. A kompenzálás kevés lehetséges módja közül az egyik, hogy a gyártandó modellt alakítjuk át úgy, hogy a nyomtatás közben keletkező hatások a „helyes” irányba torzítsák azt. Ehhez a Simufact Additive-nak van egy eszköze, ami egyszerűen lehetővé teszi a modellbe való beavatkozást. A kialakuló geometriai torzulás, ami a nyomtatást követő végső lehűtés és a support szerkezetek eltávolítása után bekövetkezik nem lesz kisebb, csak épp közelebb viszi a munkadarabot a célgeometriához. A kompenzálásra egymás után több lehetőség is van mindaddig, míg teljesül minden elvárás.

Következtetés
Az EDAG Engineering, a voestalpine Additive Manufacturing Center és a Simufact Additive hármasa az alkalmazott SLM-Solutions géppel megfelelő megoldást dolgozott ki a cél elérésére. A motorház zsanér könnyű, kellően erős és még szép is lett. A topológiai optimalizáláson átesett alkatrész arra is képes, hogy egy beépített pirotechnikai szerkezet által, gyalogossal való ütközése esetén megemelje a motorháztetőt, védve az áldozatot a súlyosabb sérülésektől. Az ilyen megoldás általában jelentős súlytöbblettel jár, ha a gyártás nem additív módszert alkalmaz.
A módszer alkalmazásának feltétele volt a virtuális mérnöki megoldások alkalmazása a teljes folyamat lefutása során. A Simufact-tel szimulált nyomtatás olyan kész alkatrészt eredményezett, ami egyrészt megfelelt a mérnökök elképzeléseinek, másrészt egy új utat is mutatott az autóipar számára.
A Simufact Additive hazai forgalmazója a CAD-CAM Solutions Kft.
GépészPresszó