{"id":36957,"date":"2024-12-19T16:28:26","date_gmt":"2024-12-19T16:28:26","guid":{"rendered":"https:\/\/3d.ricoh.com\/design-fuer-3d-druck\/"},"modified":"2024-12-19T16:28:36","modified_gmt":"2024-12-19T16:28:36","slug":"design-fuer-3d-druck","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/3d.ricoh.com\/de\/design-fuer-3d-druck\/","title":{"rendered":"Design f\u00fcr 3D-Druck"},"content":{"rendered":"\n<p><strong>Richard Minifie, Senior Design Engineer bei Ricoh 3D, spricht \u00fcber die Entwicklung des Designs f\u00fcr den 3D-Druck, die heute verf\u00fcgbaren Werkzeuge und was noch n\u00f6tig ist, um das volle Potenzial zu erschlie\u00dfen.<\/strong><\/p>\n\n<p>Meiner Meinung nach steht der kritischste Teil der additiven Fertigung oder des 3D-Drucks ganz am Anfang, in der Designphase. Wenn der 3D-Druck nicht fr\u00fch genug in Betracht gezogen oder verstanden wird, dann k\u00f6nnen die Vorteile dieser bahnbrechenden Technologie nie voll ausgesch\u00f6pft werden. Ich bin \u00fcbrigens Konstruktionsingenieur, also bin ich vielleicht voreingenommen!  <\/p>\n\n<p>Es gibt zwei Schl\u00fcsselbereiche, wenn wir \u00fcber die wichtige Rolle des Designs im 3D-Druckprozess sprechen. Der erste Schl\u00fcsselbereich oder die erste Phase ist wesentlich &#8211; die F\u00e4higkeit, Teile f\u00fcr den additiven Fertigungsprozess zu entwerfen (DfAM). Der zweite, oft \u00fcbersehene oder missverstandene Bereich ist die Frage, wie diese Designphase die Vorteile des 3D-Drucks voll zur Geltung bringen kann; meiner Meinung nach eine der gr\u00f6\u00dften H\u00fcrden, die die AM-Industrie noch \u00fcberwinden muss.    <\/p>\n\n<p><strong>Design f\u00fcr Additive Fertigung (DfAM)<\/strong><\/p>\n\n<p>Die DFM-Phase ist von entscheidender Bedeutung, denn ohne ihre Ber\u00fccksichtigung w\u00e4re es der Technik oft nicht m\u00f6glich, das zu fertigen, was der Konstrukteur erdacht hat. Der DFM-Prozess ist allen Designern, die Produkte f\u00fcr die Fertigung entwickeln, vertraut. In der Regel wird ein Konstrukteur einen Prozess modellieren, mit dem er vertraut ist, zu dem er Zugang hat und der finanziell sinnvoll ist. Auf diese Weise wird die DFM-Phase f\u00fcr jeden Designer zur zweiten Natur.     <\/p>\n\n<p>Wenn wir \u00fcber DFM f\u00fcr traditionelle, etabliertere Fertigungsverfahren wie Spritzguss sprechen, gelten unter anderem \u00dcberlegungen wie einheitliche Wandst\u00e4rken und Entformungsschr\u00e4gen. DFM-Regeln k\u00f6nnen komplex und sehr restriktiv sein, wenn es darum geht, ein Konzept in die Realit\u00e4t umzusetzen und damit das Gesamtdesign zu bestimmen. Beim 3D-Druck gibt es DFM-Regeln, von denen einige allgemein f\u00fcr die st\u00e4ndig wachsende Zahl von Technologien gelten und andere, wie die Mindestgr\u00f6\u00dfe von Merkmalen, nur f\u00fcr bestimmte Technologien und Systeme gelten. In der AM-Branche bezeichnen wir dies als Design for Additive Manufacturing (DfAM). Es gibt zwar DFM-Regeln f\u00fcr AM, diese sind jedoch weit weniger restriktiv als bei anderen Technologien und bestimmen daher in der Regel nicht das gesamte Designkonzept.    <\/p>\n\n<p>Es gibt eine<a href=\"https:\/\/www.3dhubs.com\/get\/3d-printing-design-rules\/\"> ganze Reihe von Online-Literatur <\/a>, in der die DfAM-Regeln er\u00f6rtert werden, darunter auch die Ricoh 3D-eigenen <a href=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/de\/ressourcen\/hilfecenter\/\">Leitf\u00e4den f\u00fcr bew\u00e4hrte Praktiken<\/a>, die bei der Konstruktion f\u00fcr bestimmte Technologien helfen. Die Vorteile des 3D-Drucks gehen jedoch weit \u00fcber diese Ebene des Verst\u00e4ndnisses hinaus. Wenn Sie Produkte nur unter Ber\u00fccksichtigung der DfAM-Regeln entwerfen, um die Druckbarkeit zu gew\u00e4hrleisten, nutzen Sie die Vorteile des 3D-Drucks nicht voll aus und schaffen keine Teile, die nicht auf andere Weise hergestellt werden k\u00f6nnen. Darin liegt der wahre Wert des 3D-Drucks, der meiner Meinung nach alle anderen viel zitierten Vorteile wie Geschwindigkeit, niedrige St\u00fcckzahlen und so weiter in den Schatten stellt.     <\/p>\n\n<p>Ganz einfach, der DfAM-Designansatz f\u00fchrt nicht zu innovativen 3D-gedruckten Designs. Das ist der Punkt, an dem &#8222;die Kreativen anfangen m\u00fcssen, kreativ zu werden&#8220; und ist der zweite Schl\u00fcsselbereich, auf den ich mich hier konzentrieren m\u00f6chte. <\/p>\n\n<p><strong>Design Software<\/strong><\/p>\n\n<p>Aber was bedeutet das alles in der Praxis?<\/p>\n\n<p>Zun\u00e4chst einmal ben\u00f6tigen wir, wie wir wissen, eine Datendatei, um etwas in 3D zu drucken. Diese Datendatei (normalerweise eine STL-Datei) wird mit einer CAD-Software erstellt. Es gibt heute eine Reihe von CAD-Tools auf dem Markt, aber die meisten von ihnen funktionieren auf dieselbe Weise.    <\/p>\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Bei der parametrischen Modellierung wird die Designabsicht des Benutzers mit Hilfe von Merkmalen wie Vorspr\u00fcngen und Schnitten erfasst, die definiert und eingeschr\u00e4nkt sind. Dabei werden oft mathematische Beziehungen zwischen den Merkmalen verwendet, um die Geometrie zu erhalten.<\/li><li>Direct Modelling oder Sub Divisional Modelling ist eine Methode zur Definition der kritischen Geometrien eines Entwurfs, ohne dass die Geometrie definiert und eingeschr\u00e4nkt werden muss. Diese Technik wird oft mit der Arbeit mit Ton verglichen. <\/li><\/ul>\n\n<p>G\u00e4ngige CAD-Pakete, die sich in der Industrie gut etabliert haben, sind in der Regel f\u00fcr die parametrische Modellierung ausgelegt. Wir als Designer sind es gewohnt, Teile auf diese Weise zu modellieren: Wir m\u00fcssen sicherstellen, dass alles definiert und eingeschr\u00e4nkt ist und dass jeder Teil der Geometrie mit Absicht entworfen wurde. Diese Denkweise geht w\u00e4hrend der Designphase schnell in Fleisch und Blut \u00fcber und es ist sehr schwierig, sich davon zu l\u00f6sen. Selbst wenn man die neue Freiheit des 3D-Drucks verstanden hat, ist es oft nicht einfach, sie in CAD zu \u00fcbertragen. Das liegt an der parametrischen Modellierung und der Struktur der g\u00e4ngigen CAD-Pakete, die den kreativen Prozess oft behindern.   <\/p>\n\n<p>Nehmen Sie das CAD-Paket, das ich regelm\u00e4\u00dfig verwende, SOLIDWORKS, als Beispiel. Sobald ich eine Skizze erstelle, egal wie seltsam und wundervoll die Form auch sein mag, werde ich, sobald ich die Skizze verlasse und zum n\u00e4chsten Befehl \u00fcbergehe, aufgefordert, entweder diese Skizze zu verl\u00e4ngern oder die Skizze als Schnitt zu verwenden, normalerweise entlang eines geraden Pfades. Wenn ich mich entschlie\u00dfe, etwas mit vielen undefinierten gekr\u00fcmmten Merkmalen zu entwerfen, k\u00f6nnen die Methoden in diesen CAD-Paketen oft sehr arbeitsintensiv sein, was den Designprozess langwierig und m\u00fchsam macht und selbst das beste Konzept schwer in CAD zu \u00fcbertragen ist. Dies f\u00fchrt letztendlich zu einem unzureichenden Design. Auch bei der parametrischen Modellierung gibt es Einschr\u00e4nkungen, wenn es um die Bearbeitung von Teilen geht, da die \u00c4nderung einer definierten Geometrie oft zu einem Bruch in der Modelldatei f\u00fchrt, der nur mit gro\u00dfem Aufwand behoben werden kann.      <\/p>\n\n<p>Die CAD-Entwickler haben nicht einfach stillgestanden, w\u00e4hrend sich die 3D-Druckindustrie entwickelt hat. Sie haben erkannt, dass sich der 3D-Druck zu einer ernstzunehmenden Fertigungsl\u00f6sung entwickelt, die CAD-Anwender nutzen wollen, und dass die Werkzeuge diese Nutzung f\u00f6rdern und erm\u00f6glichen m\u00fcssen. In den letzten Jahren wurden immer mehr 3D-Druck-Zusatzfunktionen in die g\u00e4ngigen CAD-Pakete integriert. Diese erweiterten Pakete reichen von DfAM \u00fcber Kreativ- bis hin zu Druckvorbereitungstools, die es erm\u00f6glichen, direkt auf einigen g\u00e4ngigen Ger\u00e4ten zu drucken. SOLIDWORKS zum Beispiel hat die 3DEXPERIENCE Plattform und das Konzept der subdivisionalen Modellierung mit der cloudbasierten Anwendung xShape innerhalb des Moduls &#8218;3D Sculptor&#8216; eingef\u00fchrt.      <\/p>\n\n<p><iframe loading=\"lazy\" width=\"560\" height=\"315\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/3QU5RbODo40?start=1680\" title=\"YouTube-Video-Player\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture\" allowfullscreen=\"\"><\/iframe><\/p>\n\n<p>Wie das SOLIDWORKS Tutorial oben erkl\u00e4rt, bietet diese Software die Freiheit, nicht definierte Geometrien zu erstellen und f\u00f6rdert das Design von Freiformen und organischen Formen, die parametrisch nur schwer zu entwerfen w\u00e4ren. Formen werden in 3 Achsen mit Hilfe von Schleifen und Punkten erstellt und manipuliert, um die Form nach Augenma\u00df und ohne geometrische Zw\u00e4nge zu definieren. Dies erm\u00f6glicht es dem Benutzer, Formen rein nach dem visuellen Erscheinungsbild auszuw\u00e4hlen, anstatt gekr\u00fcmmte Merkmale bis auf das n\u00e4chste Komma genau zu definieren.    <\/p>\n\n<p>3DXpert, eine Zusammenarbeit zwischen SOLIDWORKS und 3D Systems, vereint einige Funktionen aus der Software f\u00fcr 3D-Druckmaschinen, wie z.B. die Ausrichtung, die Bauposition und die Erzeugung von St\u00fctzen. Interessanterweise enth\u00e4lt 3DXpert auch einige grundlegende Optimierungswerkzeuge &#8211; wie z.B. die M\u00f6glichkeit, Gitterstrukturen f\u00fcr definierte Geometrien zu erstellen &#8211; aber das ist die einzige Funktion, die ich als Konstruktionshilfe bezeichnen w\u00fcrde. F\u00fcr mich konzentriert sich 3DXpert mehr auf die Vorbereitung des Teils f\u00fcr den Druck, als dass es ein Designwerkzeug w\u00e4re.    <\/p>\n\n<p>Die Verwendung der 3DEXPERIENCE Suite von Add-Ons zusammen mit 3DXpert hat ihre Vorteile, macht den Prozess f\u00fcr mich aber auch etwas &#8222;schwerf\u00e4llig&#8220;. Erstens muss die Geometrie oder Referenzgeometrie in SOLIDWORKS \u00fcber die parametrische Modellierung konzipiert und dann \u00fcber eines der Add-ons ge\u00e4ndert werden, anstatt w\u00e4hrend des Konstruktionsprozesses angepasst zu werden. Das unterbricht den Konstruktionsfluss und vermittelt den Eindruck, dass die 3D-Optimierung erst im Nachhinein erfolgt.    <\/p>\n\n<p>Dasselbe gilt f\u00fcr andere Software, die neben etablierten CAD-Paketen wie nTopology eingesetzt wird. Hier wird das Design zun\u00e4chst erstellt und dann modifiziert, um die organischen oder gitterartigen Strukturen zu erzeugen. Auch hier handelt es sich nicht um ein Design f\u00fcr AM w\u00e4hrend der Designphase, sondern um einen Prozess, der nach der Erstellung der definierten Geometrie durchgef\u00fchrt wird. <\/p>\n\n<p>Bei einigen Add-ons liegt der Schwerpunkt auf den DfAM- und Fertigungsprozess-Tools und nicht auf den Funktionen, die innovatives Design f\u00f6rdern. Diese Werkzeuge werden im weiteren Verlauf des Herstellungsprozesses eingesetzt, oft von geschulten Prozess- oder Produktionsingenieuren \u00fcber spezielle Software, die f\u00fcr die Arbeit mit den Drucksystemen entwickelt wurde. Sie sind zwar n\u00fctzlich und spielen eine wichtige Rolle im 3D-Druck, aber sind sie wirklich relevant f\u00fcr Designer, die Teile entwerfen, die letztendlich mit industriellen Druckern hergestellt werden?    <\/p>\n\n<p>Meiner Meinung nach ist dies ein Bereich, in dem die Hersteller von CAD-Systemen innovativ sein m\u00fcssen, damit die Werkzeuge einfach zu bedienen sind, sich an einem Ort befinden und in der Entwurfsphase eingesetzt werden k\u00f6nnen, indem sie die direkte Modellierung nahtlos mit dem parametrischen Prozess verbinden &#8211; und nicht im Nachhinein als Optimierungsphase und nicht in teuren Software-Zusatzprogrammen. Solange diese Werkzeuge immer noch als nachtr\u00e4gliche Idee betrachtet werden, ist die breite Akzeptanz und das Verst\u00e4ndnis des 3D-Drucks noch in weiter Ferne.   <\/p>\n\n<p><strong>Die Design-Mentalit\u00e4t<\/strong><\/p>\n\n<p>Was wir bisher festgestellt haben, ist, dass es noch viel zu tun gibt, um die Vorteile des 3D-Drucks in der Entwurfsphase voll auszusch\u00f6pfen. F\u00fcr einige Designer &#8211; und an dieser Stelle befinde ich mich heute &#8211; ist es zwar unsere Absicht, mit CAD organische Designs zu entwerfen, aber die Werkzeuge, die wir verwenden, f\u00f6rdern diese Denkweise nicht und so kehren wir in der Regel zu der Art und Weise zur\u00fcck, wie wir schon immer Teile entworfen haben, mit kleinen Andeutungen von 3D-Druck-Freiheiten in dem daraus resultierenden Konzept. Die Software ist noch nicht umfassend genug, um alle Werkzeuge, die wir f\u00fcr die Erstellung der gew\u00fcnschten Formen ben\u00f6tigen, an einem Ort bereitzustellen, und so ist zus\u00e4tzliche Software auch heute noch ein Muss.  <\/p>\n\n<p>Es gibt das Argument, dass organische und komplizierte Formen nicht immer einen Mehrwert bieten, dass wir sie jetzt f\u00fcr den 3D-Druck entwerfen, nur weil wir es jetzt k\u00f6nnen. Letztlich wollen wir als Ingenieure immer, dass es einen Nutzen in Bezug auf Leistung, Gewicht und Kostenreduzierung gibt, um die M\u00f6glichkeiten der additiven Fertigung wirklich zu maximieren, anstatt sie auf ein Gimmick zu reduzieren, um sch\u00f6ne \u00e4sthetische Formen ohne wirkliche Funktionalit\u00e4t zu schaffen. <\/p>\n\n<p>Es ist erw\u00e4hnenswert, dass es nat\u00fcrlich Zeit braucht, konventionelle Designprinzipien und Gewohnheiten zu &#8222;verlernen&#8220;. Schlie\u00dflich sind wir Ingenieure &#8211; wir m\u00f6gen Gleichf\u00f6rmigkeit und Ordnung. Wir machen uns oft schuldig, wenn wir L\u00f6sungen zu sehr ingenieurm\u00e4\u00dfig gestalten und haben vielleicht sogar ein nat\u00fcrliches Misstrauen gegen\u00fcber organischen, geschwungenen, seltsamen und wunderbaren Geometrien, was bedeutet, dass wir die heute verf\u00fcgbaren Techniken und Werkzeuge \u00fcbersehen. Einige dieser Werkzeuge k\u00f6nnen nicht nur diese Strukturen erzeugen, sondern auch mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) beweisen, dass die resultierende Geometrie die beabsichtigte Funktion erf\u00fcllt <em>und<\/em> den Ingenieur in uns zufrieden stellt! Generatives Design oder Topologieoptimierung ist ein wirklich interessanter Bereich der Entwicklung&#8230;    <\/p>\n\n<p><strong>Generatives Design<\/strong><\/p>\n\n<p>Generatives Design nutzt die FEA-Analyse, um eine Reihe von Entw\u00fcrfen zu erstellen, die so wenig Material wie m\u00f6glich ben\u00f6tigen. Dies f\u00fchrt zu organischen Formen, die in CAD praktisch unm\u00f6glich zu entwerfen oder zu erstellen sind, mit der zus\u00e4tzlichen Gewissheit, dass die Teile die beabsichtigte Funktion erf\u00fcllen. Man k\u00f6nnte argumentieren, dass dieser Prozess die Kreativit\u00e4t ausschaltet, da die Software die Formen vorgibt, die wir auf der Grundlage der eingegebenen Daten und Geometrieanforderungen ausw\u00e4hlen. Einige der verr\u00fcckten und wunderbaren Formen, die wir mit dem 3D-Druck in Verbindung bringen, sind in Wirklichkeit gar nicht entworfen, sondern werden von intelligenten Softwarealgorithmen konzipiert. Nehmen Sie <a href=\"https:\/\/inhabitat.com\/the-worlds-first-3d-printed-chair-goes-to-amsterdam\/\">diesen faszinierenden und innovativen Stuhl<\/a>. Wurde er erdacht oder ist er das Ergebnis von generativem Design?      <\/p>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><a href=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/de\/design-fuer-3d-druck\/solid-c2-chair-patrick-jouin-1-2\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"728\" height=\"494\" src=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/Solid-C2-Chair-Patrick-Jouin-1.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-31398\" srcset=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/Solid-C2-Chair-Patrick-Jouin-1.jpg 728w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/Solid-C2-Chair-Patrick-Jouin-1-300x204.jpg 300w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/Solid-C2-Chair-Patrick-Jouin-1-200x136.jpg 200w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/Solid-C2-Chair-Patrick-Jouin-1-600x407.jpg 600w\" sizes=\"auto, (max-width: 728px) 100vw, 728px\" \/><\/a><\/figure>\n\n<p><a href=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/de\/unsere-dienstleistungen\/designoptimierung\/\">Generatives Design und Formoptimierung<\/a> werden mit spezieller Software wie Fusion 360 von Autodesk, nTopology, Altair Inspire und der 3DEXPERIENCE Plattform von SOLIDWORKS durchgef\u00fchrt. In der Regel liegt ein Grundkonzept vor, das dann optimiert wird. Kritische Bereiche, wie z.B. Montagepunkte, werden definiert und der Benutzer kann die maximale Fl\u00e4che ausw\u00e4hlen, die die Form einnehmen soll. Belastungen, Vibrationen, W\u00e4rme, Fl\u00fcssigkeiten und andere physikalische Effekte werden ermittelt. Die Software generiert dann eine Reihe von Konzepten, die der Benutzer auf der Grundlage von \u00dcberlegungen wie dem Sicherheitsfaktor oder dem Materialverbrauch ausw\u00e4hlen kann, mit der Gewissheit, dass das ausgew\u00e4hlte Design bei der Herstellung wie vorgesehen funktioniert.    <\/p>\n\n<p>In gewissem Ma\u00dfe wird der Designprozess dadurch vereinfacht und etwas entschlackt. Es besteht jedoch kein Zweifel daran, dass generatives Design ein leistungsstarkes Werkzeug f\u00fcr die Erstellung innovativer, organischer und freier Formen ist, die nur im 3D-Druckverfahren hergestellt werden k\u00f6nnen, mit der so wichtigen Best\u00e4tigung, dass das Teil nach der Optimierung auch funktioniert. Damit sich generativ entworfene 3D-Teile auf breiter Front durchsetzen k\u00f6nnen, m\u00fcssen die Werkzeuge jedoch in die g\u00e4ngigen CAD-Systeme integriert werden, und zwar als Teil des Entwurfsprozesses und nicht als Zusatz, der einem bereits entworfenen Teil hinzugef\u00fcgt wird. <\/p>\n\n<p>In den Produktionsst\u00e4tten von Ricoh ist der interne Werkzeugbau extrem kostenintensiv und unterliegt dem Ricoh-Prinzip der &#8222;super low cost manufacturing&#8220;. Um eine erhebliche Kostenreduzierung bei den Werkzeugen f\u00fcr die Tonerabf\u00fcllung zu erreichen, ohne die Fertigungsstandards von Ricoh zu beeintr\u00e4chtigen, waren die Leistungsgarantien erforderlich, die mit generativer Design-Software m\u00f6glich sind. In diesem Szenario wurden die bekannten Belastungs- und Gewichtsfaktoren des Tonerflaschentransports auf die FEA-Analyse angewandt, um den geringstm\u00f6glichen Material- und Kostenaufwand zu erzeugen und gleichzeitig einen 4-fachen Sicherheitsfaktor einzubauen. Die daraus resultierende Tonerflaschenvorrichtung brachte eine Gewichtsreduzierung von 94% gegen\u00fcber der urspr\u00fcnglichen CNC-gefr\u00e4sten Version, eine Kostenreduzierung von 56% und eine Steigerung der Produktionsausbeute von 80% auf 99,3% dank der reduzierten Umr\u00fcstzeit und Energieeinsparungen. Bei 25.000 gef\u00fcllten Tonerflaschen, die t\u00e4glich allein von unserem britischen Standort aus verteilt werden, sind diese Einsparungen erheblich.    <\/p>\n\n<p>Das Verst\u00e4ndnis des Prozesses, f\u00fcr den Sie entwerfen, ist ein entscheidender Teil der Designphase und gilt insbesondere f\u00fcr den additiven Fertigungsprozess. Es ist typisch f\u00fcr Unternehmen, Designer f\u00fcr eine gewisse Zeit in die Produktion zu schicken, um praktische Erfahrungen in der Fertigung zu sammeln und das Wissen zu erlangen, das erforderlich ist, um Produkte f\u00fcr die Produktion zu entwerfen. Das ist etwas, was bei Ricohs eigenem Lehrlingsprogramm durchaus der Fall ist. Ich kann mich noch gut an meine ersten Tage erinnern, an denen ich Vorrichtungen f\u00fcr Produktionslinien entworfen habe. Es geh\u00f6rte zum Lernprozess, meine Entw\u00fcrfe in den Werkzeugbau zu bringen, nur um dann von den leitenden Werkzeugmachern zurechtgewiesen zu werden, weil ich etwas entworfen hatte, das sich nicht herstellen lie\u00df! Das Aufkommen der additiven Fertigung bedeutete f\u00fcr viele Ingenieure wie mich eine Phase des &#8222;Verlernens&#8220; dieser etablierten Prinzipien und Praktiken. Es sind Konstrukteure, die kein Verst\u00e4ndnis f\u00fcr andere Fertigungsverfahren haben, die diese Technologie am besten nutzen k\u00f6nnen und nicht in alte Gewohnheiten zur\u00fcckfallen &#8211; Menschen wie Studenten oder ernsthafte Auszubildende wie ich vor all den Jahren! Studenten, die heute in den Ingenieurbereich einsteigen, k\u00f6nnen von Anfang an f\u00fcr AM entwerfen. Sie lernen also schon fr\u00fch, die beste Technologie f\u00fcr das Produkt zu nutzen, anstatt f\u00fcr einen vordefinierten Prozess zu entwerfen. Vieles von dem, was ich heute wei\u00df, stammt aus Versuch und Irrtum. Die n\u00e4chste Generation von Ingenieuren wird den Vorteil haben, die ganze Bandbreite der einzelnen Technologien zu verstehen, bevor sie Teile konstruiert.          <\/p>\n\n<p><strong>Entwurfsregeln<\/strong><\/p>\n\n<p>Was sind also die DfAM-Regeln, die wir kennen m\u00fcssen? Es ist schwierig zu beschreiben, was mit AM gemacht werden kann und was nicht, ohne auf die DFM-Regeln f\u00fcr andere Technologien zu verweisen. Ich m\u00f6chte hier nicht eine ganze Reihe von DFM-Regeln f\u00fcr andere Technologien aufz\u00e4hlen, die nicht f\u00fcr den 3D-Druck gelten, obwohl dies nur veranschaulicht, wozu die Technologie in der Lage ist. Stattdessen habe ich im Folgenden einige der tendenziell restriktivsten Grunds\u00e4tze herausgegriffen und erl\u00e4utert, wie sie sich auf die additive Fertigung beziehen.   <\/p>\n\n<p><strong>Komplexit\u00e4t<\/strong><\/p>\n\n<p>Die Komplexit\u00e4t beim 3D-Druck ist so gut wie kostenlos. Da es keine zugeh\u00f6rigen Werkzeuge gibt, m\u00fcssen wir uns nicht um die Herstellung komplexer Werkzeuge k\u00fcmmern, die schnell sehr teuer werden k\u00f6nnen. Bei der Entwicklung von Spritzgusswerkzeugen ist es beispielsweise eine bew\u00e4hrte Praxis, Hinterschneidungen zu vermeiden, da dies das Werkzeug kompliziert macht und somit den Preis in die H\u00f6he treibt. Einfache Werkzeuge zum \u00d6ffnen und Schlie\u00dfen sind vorteilhaft, wenn die Teile kostensensibel sind. Manchmal lassen sich Hinterschneidungen jedoch nicht vermeiden, wenn das erforderliche Merkmal Teil der Gesamtfunktion ist. Dies kann den Designprozess diktieren, kann aber beim 3D-Druck einfach au\u00dfer Acht gelassen werden.     <\/p>\n\n<p><strong>Toleranz<\/strong><\/p>\n\n<p>Ein wichtiger Punkt, der hier hervorgehoben werden sollte, sind die realistischen Toleranzen, die wir heute von einem 3D-Druckteil erwarten k\u00f6nnen. Ein typischer Industriestandard f\u00fcr Powder Bed Fusion 3D-Drucktechnologien ist +\/- 0,3% mit einer Mindesttoleranz von 0,3mm. Dies muss zu Beginn aller Projekte ber\u00fccksichtigt werden, bei denen der 3D-Druck das zugewiesene Herstellungsverfahren ist. In F\u00e4llen, in denen diese Toleranz nicht akzeptabel ist, kann das 3D-gedruckte Teil nachbearbeitet werden, um die erforderliche Toleranz zu erreichen. Der 3D-Druck weist eine weitaus gr\u00f6\u00dfere Abweichung auf als Technologien wie die CNC-Bearbeitung und das Spritzgie\u00dfen, bei denen oft auch die engsten Toleranzanforderungen erf\u00fcllt werden k\u00f6nnen.    <\/p>\n\n<p>Im Folgenden finden Sie einige DFM-\u00dcberlegungen f\u00fcr drei Standardtechnologien, mit denen der 3D-Druck h\u00e4ufig verglichen wird.<\/p>\n\n<p><em>Spritzgie\u00dfen:<\/em><\/p>\n\n<p>Ber\u00fccksichtigung von Materialschwund, Einfallstellen, Auswurfmarken, Anschnittposition und Anschnittzeugen, Trennlinien, Entformungswinkeln, gleichm\u00e4\u00dfiger Wandst\u00e4rke, Hinterschneidungen, Gleitkernzeugen, Radien zu Kanten, Rippen, Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit.<\/p>\n\n<p><em>Vakuumverformung:<\/em><\/p>\n\n<p>Einzugswinkel, Eckenradien, Ziehverh\u00e4ltnis, Hinterschneidungen, Referenzpunkte, Textur, Nachbearbeitung, um Ausschnitte oder Rippen hinzuzuf\u00fcgen oder zwei Teile miteinander zu verbinden,  <\/p>\n\n<p><em>CNC-Bearbeitung:<\/em><\/p>\n\n<p>3 oder 5 Achsen, Werkzeugtr\u00e4ger, Ber\u00fccksichtigung von Fr\u00e4sern, Taschentiefe, abgerundete Taschenecken, Verzug, wenn gro\u00dfe Mengen an Material entfernt werden.  <\/p>\n\n<p><strong>Teile Konsolidierung  <\/strong><\/p>\n\n<p>Mit AM ist es m\u00f6glich, Teile an Ort und Stelle zu drucken, was die Konsolidierung mehrerer Komponenten in einer Datei mit beweglichen Merkmalen erm\u00f6glicht. Hier m\u00fcssen wir den minimalen Versatz der vorgesehenen Drucktechnologie verstehen, wenn sich die Teile bewegen sollen. Standard-Hardwarebefestigungen, wie Schrauben, die die Komponenten am Ende zusammenf\u00fcgen w\u00fcrden, k\u00f6nnen aus der Gesamtbaugruppe herausgenommen werden, wenn das Teil zu einem einzigen zusammengef\u00fcgt wird. Dies erm\u00f6glicht es uns, die weiteren <a href=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/de\/was-sind-die-vorteile-des-3d-drucks\/\">Vorteile des 3D-Drucks<\/a> zu erkunden, wie z.B. die Reduzierung der Montagezeit und der Kosten innerhalb der Lieferkette. Dieses Beispiel der <a href=\"https:\/\/www.fcagroup.com\/en-US\/Pages\/home.aspx\">Fiat Automobile Group <\/a>zeigt eine Schwei\u00dfmontagevorrichtung, die aus mindestens neun speziell gefertigten Komponenten zu einem 3D-gedruckten Teil zusammengef\u00fcgt wurde, ohne dass zus\u00e4tzliche Befestigungen erforderlich sind.      <\/p>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><a href=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/?attachment_id=31257\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"305\" height=\"211\" src=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/image-1.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-31257\" srcset=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/image-1.png 305w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/image-1-300x208.png 300w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/image-1-200x138.png 200w\" sizes=\"auto, (max-width: 305px) 100vw, 305px\" \/><\/a><figcaption>  Bild via:<a href=\"https:\/\/www.additivemanufacturing.media\/articles\/consolidated-clamping-assembly-made-with-additive-manufacturing\"> Stephanie Hendrixson von Modern Machine Shop<\/a><\/figcaption><\/figure>\n\n<p>AM erm\u00f6glicht es auch, Teile im Inneren anderer Teile zu drucken, was besonders f\u00fcr diejenigen interessant ist, die die Technologie f\u00fcr innovative oder \u00e4sthetische Teile nutzen.<\/p>\n\n<p><strong>Personalisierung<\/strong> <\/p>\n\n<p>Kundenspezifische Anpassungen in gro\u00dfem Ma\u00dfstab waren schon immer eine Herausforderung f\u00fcr die Fertigung, aber das ist beim 3D-Druck nicht der Fall und einer seiner meistgenannten Vorteile. Das Produktdesign ist v\u00f6llig offen, denn die Anzahl der gleichzeitig produzierten Teilevarianten spielt f\u00fcr den Druckprozess keine Rolle. Um spritzgegossene Komponenten individuell zu gestalten, w\u00e4re eine Reihe verschiedener Werkzeuge oder herausnehmbarer Eins\u00e4tze erforderlich, was bei geringen St\u00fcckzahlen ineffizient w\u00e4re.    <\/p>\n\n<p>Die Brillenindustrie ist eine Branche, die die Vorteile der Individualisierung durch 3D-Druck bereits voll aussch\u00f6pft. Jede Gesichtsform und jedes Sehverm\u00f6gen ist anders, so dass in einem hochgradig individualistischen Markt zunehmend auf jeden Kunden zugeschnittene Brillen erwartet werden. Die Brillenmarke Aoyama Optical France hat 2015 ihre Brillenkollektion We DDD auf den Markt gebracht, die von den grenzenlosen Designm\u00f6glichkeiten des 3D-Drucks profitiert. 14 Brillengestelle sind in verschiedenen Gr\u00f6\u00dfen, Farben und Strukturen erh\u00e4ltlich.    <\/p>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><a href=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/?attachment_id=31261\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"326\" height=\"232\" src=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/image-2.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-31261\" srcset=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/image-2.png 326w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/image-2-300x213.png 300w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/image-2-200x142.png 200w\" sizes=\"auto, (max-width: 326px) 100vw, 326px\" \/><\/a><\/figure>\n\n<p>&#8222;Die We DDD-Kollektion wurde f\u00fcr den technisch versierten, modebewussten Verbraucher von heute entworfen: Er wei\u00df, was er will und welche hohe Qualit\u00e4t er verdient. Standardisierte Produktion und eine Einheitsgr\u00f6\u00dfe sind nicht mehr genug. Wir bieten anpassbare Optionen, die direkt auf den Geschmack und die Vorlieben des Einzelnen eingehen. Das Ziel von Aoyama bei dieser Kollektion war es, ein Luxusprodukt f\u00fcr die Massenanpassung zu schaffen.&#8220;<br\/>  Philippe Beuscart, Aoyama CEO<\/p>\n\n<p>Die Herstellung von Brillen im Spritzgussverfahren mit all den erforderlichen Optionen und Varianten w\u00e4re aufgrund der vielen erforderlichen Werkzeugvarianten einfach nicht kosteneffizient. In Verbindung mit der flexiblen Natur des 3D-Drucks und seiner F\u00e4higkeit, auf Anfrage zu produzieren, ist eine Individualisierung in gro\u00dfem Ma\u00dfstab nur mit der 3D-Technologie m\u00f6glich. <\/p>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/de\/design-fuer-3d-druck\/2021-05-14_14-37-44-2\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"498\" src=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/2021-05-14_14-37-44-1024x498.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-31402\" srcset=\"https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/2021-05-14_14-37-44-1024x498.jpg 1024w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/2021-05-14_14-37-44-300x146.jpg 300w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/2021-05-14_14-37-44-768x374.jpg 768w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/2021-05-14_14-37-44-200x97.jpg 200w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/2021-05-14_14-37-44-600x292.jpg 600w, https:\/\/3d.ricoh.com\/wp-content\/uploads\/2021\/06\/2021-05-14_14-37-44.jpg 1246w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><\/figure>\n\n<p><strong>Fazit<\/strong><\/p>\n\n<p>Um die wahren End-to-End-Vorteile des 3D-Drucks voll auszusch\u00f6pfen, ist es wie bei den meisten Fertigungstechnologien wichtig, dass die Konstrukteure die M\u00f6glichkeiten des 3D-Drucks vollst\u00e4ndig verstehen. Das Design spielt die wichtigste Rolle im Produktentwicklungszyklus f\u00fcr Teile, die mit dem 3D-Druck hergestellt werden sollen, einfach weil das Design so viele der anderen inh\u00e4renten Vorteile, die AM zu bieten hat, beeinflusst. Dabei geht es nicht nur darum, die DfAM-Regeln zu kennen, sondern auch um ein echtes Verst\u00e4ndnis der Technologie und des spezifischen Systems, das f\u00fcr die Herstellung vorgesehen ist, sei es f\u00fcr einen Prototyp oder ein Endprodukt. Dieses Wissen dar\u00fcber, was die Technologie kann und was nicht, ist entscheidend <em>, bevor<\/em> der Designprozess beginnt.     <\/p>\n\n<p>Aber das allein f\u00fchrt noch nicht zu der ungehinderten Kreativit\u00e4t, die Objekte hervorbringt, die nur mit dem 3D-Druck m\u00f6glich sind. Daf\u00fcr brauchen wir nat\u00fcrlich Vorstellungskraft, aber wir brauchen auch Werkzeuge, die diese Ideen im CAD-Format interpretieren; entweder \u00fcber konventionelle parametrische, direkte\/subdivisionale Modellierung, \u00fcber eine Kombination oder \u00fcber generative Designsoftware. <\/p>\n\n<p>Klar ist, dass der 3D-Druck eine Technologie ist, die es immer geben wird und die, wenn sie richtig verstanden wird, ein unglaublich leistungsf\u00e4higes Produktionswerkzeug ist, das neue Wege des Designdenkens er\u00f6ffnet.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Richard Minifie, Senior Design Engineer bei Ricoh 3D, spricht \u00fcber die Entwicklung des Designs f\u00fcr den 3D-Druck, die heute verf\u00fcgbaren Werkzeuge und was noch n\u00f6tig ist, um das volle Potenzial zu erschlie\u00dfen. Meiner Meinung nach steht der kritischste Teil der additiven Fertigung oder des 3D-Drucks ganz am Anfang, in der Designphase. 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