Innovationszyklen werden immer kürzer, Produktionstechnologien wandeln sich rasant. Das Engineering muss deutlich an Geschwindigkeit gewinnen. 3D-CAD-Software wie Creo hilft Ingenieuren und Konstrukteuren, einen Zahn zuzulegen und alle Möglichkeiten, die Herstellungsmethoden wie 3D-Druck bieten, voll auszuschöpfen. Was machbar wird, zeigt ein Beispiel aus der Luft- und Raumfahrtbranche.
Hochbelastet, viele bewegliche Teile, die mit bis zu 50.000 Umdrehungen pro Minute rotieren: Eine Turbine ist ein komplexes Zusammenspiel aus etlichen Einzelteilen. Noch. Denn, wenn es gelingt, ein Triebwerk additiv zu fertigen, sprich: einfach auszudrucken, wird die Produktion deutlich einfacher und schneller.
Das gelang nun israelischen Forschern gemeinsam mit PTC: Sie stellten auf der Anwenderkonferenz LiveWorx 2023 das weltweit erste vollständig in 3D gedruckte Triebwerk vor. Es ist zwar keine Turbine, wie man sie von Passagiermaschinen kennt, sondern ein paar Nummern kleiner: ein Mikrostrahltriebwerk. Doch damit können immerhin bis zu 200 Kilogramm schwere unbemannte Drohnen abheben. Der Proof-of-Concept-Demonstrator liegt kompakt in der Hand und wiegt gerade mal gut zwei Kilogramm. Vor allem aber: In nur fünf Tagen ist das komplette Triebwerk ausgedruckt.
Möglich wurde diese Pionierleistung auch durch moderne Werkzeuge des generativen Designs: Die Forschungsidee wurde zügig durch digitale Modellierung und simulationsgestütztes Design der gesamten Motortopologie in Creo, der 3D-CAD-Software von PTC, umgesetzt. Insbesondere die innen liegenden Kühlkanäle mit feinen, verschlungenen Strukturen stellen hohe Anforderungen an das Design und lassen sich konventionell nicht fräsen oder gießen – die Software unterstützte bei dem iterativen Prozess hin zu einer optimalen, druckbaren Struktur.
Insbesondere was die Gittermodellierung anbelangt und die Möglichkeit so generativ zu designen, dass möglichst viel Material und damit Gewicht eingespart werden konnte, ohne dass darunter die Festigkeit, Leistung sowie Lebensdauer leiden, erwies sich Creo als äußerst hilfreich. Und: Nachdem Creo mit den meisten 3D-Druckern auf dem Markt kompatibel ist, gelingen sozusagen Konstruktion und Produktion aus einem Guss: So können die Entwickler ihre am Rechner entworfenen 3D-Modelle direkt an verschiedene Druckerendgeräte senden und fertigen lassen.
Damit ermöglicht diese 3D-CAD-Lösung schnelle Produktinnovationen, denn die Software führt mit einem modellbasierten Ansatz nahtlos von den ersten Konstruktionsphasen bis zur Fertigung eines Produkts - und darüber hinaus. Denn Creo kombiniert leistungsstarke Funktionalität mit neuen Technologien wie generativem Design, Echtzeit-Simulation, erweiterter Fertigung, IIoT und Augmented Reality.
Das Beispiel aus der Luftfahrtbranche demonstriert dreierlei:
Diese Kombination aus fortschrittlichen Tools für generatives Design mit erweiterten Geometrie-, Simulations- und Bauvorbereitungsfunktionen sowie 3D-Druck eröffnet neue Möglichkeiten für Konstrukteure und Ingenieure. Das Beispiel der Mikrostrahldüse zeigt, dass sich nicht nur der Designprozess beschleunigt, sondern durch additive Fertigung auch der Materialverbrauch deutlich sinkt, etwa von teurem Titan, weil bereits die Konstruktion daraufhin optimiert worden ist und beim 3D-Druck kein Abfall anfällt.
Vollständig integrierte 3D-CAD-Tools wie Creo unterstützen dabei, Material-, Personal- und Gemeinkosten zu reduzieren. Vor allem aber beschleunigen sie Innovationen, da man so zügiger iterieren und damit gute Ideen schneller auf den Markt bringen kann. Neben den Stärken beim Konzipieren und Konstruieren, lassen sich durch den modellbasierten Ansatz auch in der Fertigung, Qualitätskontrolle oder dem Service Produkte optimieren. Etwa, wenn vorliegende 2D-Zeichnugen durch kommentierte 3D-Modelle ersetzt werden. Creo ist nun auch als SaaS-Produkt verfügbar und bietet innovative Cloud-basierte Optionen für die Echtzeit-Zusammenarbeit sowie verbesserte Lizenzverwaltung und -bereitstellung.
Generatives Design liefert hochwertige, kostengünstige Entwürfe mit hervorragender Fertigungseignung – direkt in der Creo Entwicklungsumgebung.
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Beat Fretz ist "Solutions Consultant Fellow" bei PTC und stellt Kunden und Interessenten die Lösungen von PTC vor. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Unterstützung des Prozesses entlang des Digital Threads. Das heißt von: