Simulation und Prototyping als Hilfsmittel für den Entwurf und die Entwicklung neuer Feingusskomponenten

Simulations- und Prototyping-Prozesse sind von grundlegender Bedeutung für die effiziente Herstellung von Endteilen, die Senkung der Kosten und die Einhaltung der technischen Anforderungen des Kunden. In diesem Artikel erläutern wir die wichtigsten technischen Aspekte beider Verfahren.

Simulation in der Entwurfsphase, um eine effiziente Produktion und frühzeitige Problemlösung zu gewährleisten.

Die Ecrimesa-Gruppe verfügt über zwei Simulationssoftware: MAGMA und INSPIRECAST. Sie wurden von uns – mit Unterstützung des Technologischen Zentrums für Komponenten und der Universität von Kantabrien im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsprojekten – an die physikalischen Eigenschaften unserer Keramikschale angepasst. Die Simulation ermöglicht es uns, die Realität, die wir in der Produktion vorfinden werden, genau nachzubilden und die endgültigen Fertigungsergebnisse zu optimieren.

In der Entwurfsphase kann die Simulation des „Einzelteils“ (ohne dass der Cluster/die Baugruppe bereits definiert ist) genutzt werden, um mögliche Entwurfsprobleme vorherzusehen und die Kosten zu senken, indem beispielsweise der ursprüngliche Entwurf an die Besonderheiten der Feingusstechnologie angepasst wird. Dies ist sowohl für unsere Kunden als auch für das technische Verkaufsteam eine große Hilfe beim ersten Austausch von Ideen und Vorschlägen mit den Designern des Kunden. Die Simulation ermöglicht es, den Entwurf in einer ersten Verhandlungsphase näher an die technologischen Erfordernisse heranzuführen und zu einem endgültigen Entwurf zu gelangen, der eine effizientere Herstellung des endgültigen Teils ermöglicht und die Kosten senkt.

Schauen wir uns ein Beispiel an. Dieser „HOTSPOT“ umfasst unter anderem die 3D-Konstruktion, die physikalischen Eigenschaften des Stahls und die unserer Keramik sowie die berechneten Gießtemperaturbedingungen. All diese Informationen helfen uns, die Bereiche zu identifizieren, die mehr Wärme speichern, und die isolierten Bereiche, die zusätzliche Angriffe oder „Gates“ benötigen, und sie helfen uns, dem Gussteil mehr Festigkeit zu verleihen.
Dieser Simulationsprozess ist recht schnell und kann in wenigen Stunden durchgeführt werden, so dass bei Bedarf mehrere Iterationen durchgeführt werden können.

Nach der Simulation des Einheitsteils wird in einem nächsten Schritt der gesamte Cluster simuliert. Hier können wir mehrere Optionen simulieren, um eine Vorhersage der Porosität zu erhalten, was es uns ermöglicht, die Testphase und damit die Entwicklungszeit und die damit verbundenen Kosten zu reduzieren.
Diese Simulation ist aufwändiger, da die verschiedenen 3D-Modelle des Clusters mit den Teilen gezeichnet werden müssen, und sie bedeutet auch zusätzliche Konstruktionszeit für unser technisches Büro. In Ausnahmefällen ist es möglich, eine Simulation pro Tag durchzuführen, je nach gewünschtem Detailgrad.

In dieser Entwurfsphase und mit Hilfe der Simulation können wir im Voraus eine Lösung für die Probleme finden, auf die wir stoßen werden. Durch die Simulation können wir die Bereiche mit vorhergesagter Porosität erkennen. Diejenigen, die mehr als 15 % betragen, gelten als problematisch für die Serienproduktion. Andererseits ist es oft von Vorteil, die Möglichkeit zu prüfen, die Anzahl der Teile pro Baugruppe zu erhöhen, um das Nettoverhältnis der Teile pro Gussbaugruppe zu verbessern.

Prototypen in gedruckten Wachs- oder Silikonformen

Das Prototyping ermöglicht es, physische Muster auf den Markt zu bringen, wobei die Erkenntnisse aus dem Simulationsprozess berücksichtigt werden, ohne dass die Metallform bereits hergestellt wurde. Das Prototyping ermöglicht es also, wichtige Prozessschritte zu optimieren, wie z. B. die Herstellung der Keramikform für die Modelle. Außerdem können die Ergebnisse von Verformungen und das Fehlen innerer Defekte mit Hilfe von Dimensionsabtastungen und Radioskopiekontrollen verglichen werden.

Gleichzeitig wird nach einer endgültigen Einigung mit dem Kunden der Bau der Dauerform vorangetrieben. Auf diese Weise können wir die Markteinführungszeit der neuen Teile verkürzen, da sich die Entwicklungsphase mit dem Bau der Serienmetallform überschneidet.

Bei der Ecrimesa-Gruppe verfügen wir über einen Wachsdrucker für Feingussteile, der es uns ermöglicht, diese Arbeiten im eigenen Haus auszuführen. Wenn die Silikonform aufgrund der Menge der benötigten Prototypen benötigt wird, haben wir Lieferanten in der Gegend, die diesen Service effizient anbieten.

Mit den gedruckten Wachsen können verschiedene Ausrichtungen und Designänderungen getestet werden (z. B. das Abdecken von Löchern), um die Ergebnisse zu analysieren und die beste Option zu wählen. Auf der Grundlage der in der vorherigen Simulation gewonnenen Informationen und der Erfahrung unserer Techniker mit mehr als 6.200 entwickelten Referenzen ist es in jedem Fall möglich, die Testmatrizen zu reduzieren.

Das Prototyping mit Wachsen ermöglicht es, die Tests bis zu den offiziellen Mustern der Dauerform voranzutreiben und so die verschiedenen Variablen zu berücksichtigen, die die Qualität der Keramikbeschichtung beeinflussen: die Schwierigkeit des Teils, die verschiedenen Programme für die Anzahl der Schichten, die Bewegungen des Keramikauftragsroboters und die Trocknungszeiten der Keramik, um nur einige zu nennen. Nach dem Gießen von Prototypen wird die metallurgische Qualität durch visuelle Kontrolle, Rx und Dimensionen (vergleichendes Scannen mit 3D) analysiert.

Auf der Grundlage der Erfahrungen mit den Prototypen und den Funktionstests des Kunden können Verbesserungen am Feingussverfahren vorgenommen werden, z. B. das Hinzufügen kleiner Falten, die den Prozess begünstigen, oder das Eliminieren einiger Löcher.

Die Proben werden auch auf ihre mechanischen Eigenschaften nach Wärme- und ZfP-Behandlungen geprüft, wie z. B. die Rissfreiheitsprüfung, die die Ecrimesa-Gruppe mit Hilfe von Magnetpartikeln oder Flüssigkeitseindringprüfungen durch akkreditiertes Personal durchführt.

Schlussfolgerungen

Durch den Einsatz der Simulation kann für komplexe Teile ein genaueres Angebot erstellt werden, das die Anpassung der Konstruktion an den Gießprozess erleichtert.
Die Simulation reduziert kostspielige Tests in der Phase der physischen Probenahme. Das Prototyping mit gedruckten Wachsen hilft bei der Entwicklung des Herstellungsprozesses, während die endgültige Form entworfen und gebaut wird, und liefert dem Kunden vorläufige Teile für Funktionstests.
Da wir diese Dienstleistungen im Haus haben, können wir den Kundenservice sowohl in der Entwurfs- als auch in der Lieferphase verbessern. Außerdem werden die Musterentwicklungszeiten verkürzt, da sich der Formenbau mit den Tests an gedruckten Teilen überschneiden kann.
Falls der Kunde Prototypen benötigt, um sie vor der endgültigen Konstruktion in seinen Einrichtungen zu testen, können diese mit den oben genannten Technologien hergestellt werden, auch unter Hinzufügung der verschiedenen zusätzlichen Varianten, die unsere Kunden benötigen.

Simulations- und Prototyping-Prozesse sind von grundlegender Bedeutung für die effiziente Herstellung von Endteilen, die Senkung der Kosten und die Einhaltung der technischen Anforderungen des Kunden.

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