CADFEM und PTC: Design und Entwicklungsprozesse beschleunigen

Interview in „Konstruktionspraxis“: Kritische Designfragen früh beantworten

CADFEM und PTC: Design und Entwicklungsprozesse beschleunigen

Entwicklung: Beispiel einer Armatur. Simulation hilft Konstrukteuren die optimale Variante zu finden (Bildquelle: CADFEM)

Grafing b. München, 17. Oktober 2024 – Konstruktion und Design werden erheblich schneller und effizienter, wenn CAD-Technologie wie PTC Creo und Simulationstechnologie von Ansys Hand in Hand genutzt werden. In einem Interview mit dem Fachmagazin „Konstruktionspraxis“ erläutern Marc Vidal, Architect Digital Engineering Solutions beim Ansys Premium Partner CADFEM, und Todd Kraft vom US-amerikanischen Technologie-Unternehmen PTC die Vorzüge dieser Kombination. Der Effizienzgewinn sei enorm. Eine weitere Zeit- und Kostenersparnis und zusätzlich Image-Vorteile könnten sich ergeben, wenn schon in der Planungsphase das Produktdesign auch mit Blick auf Nachhaltigkeit optimiert werde.

Aus der Partnerschaft zwischen Ansys und PTC sind bereits gemeinsame Simulations-Werkzeuge entstanden, die sich gezielt an Konstrukteure richten und ihnen die Arbeit erleichtern: Creo Simulation Live und Creo Ansys Simulation.

Todd Kraft hebt in dem gemeinschaftlich geführten Interview die Vorteile dieser Tools hervor. Der Nutzung von Simulation in der frühen Design-Phase spare Zeit und Aufwand bei der Erstellung von Prototypen, „da Konstrukteure mehrere Designkonzepte in Echtzeit untersuchen können, ohne auf Simulationsergebnisse warten zu müssen“. Kritische Designfragen könnten deutlich früher beantwortet werden, denn die Live-Simulation erlaube „die blitzschnelle Bewertung und den Vergleich verschiedener Varianten“.

Marc Vidal von CADFEM ergänzt, dass in diesem frühen Prozess der Produkt-Entwicklung zusätzlich Möglichkeiten von KI genutzt werden können. Er verweist auf einen von CADFEM mit PI Probaligence als weiterem Partner entwickelten Ansatz, um KI einfach und mit wenigen Ressourcen für das Engineering zu nutzen: „Es ist beeindruckend zu sehen, wie damit lange Tests und umfangreiche Simulationen durch schnelle KI-Berechnungen ergänzt werden.“ Die Anwendungen und Trainingsdaten seien in Form von Simulationen in der Regel bereits vorhanden oder gut erzeugbar. „Die Hürden für den Start sind wirklich gering.“

Mehr Effizienz auch bei Nachhaltigkeit und Design for Sustainability

Die Kombination der CAD Technologie Creo mit Ansys Simulation und Ansys Materialdatenmanagement komme auch Überlegungen zur Nachhaltigkeit neuer Entwicklungen zugute. Marc Vidal: „Das bedeutet Produkte bereits in der Designphase nicht nur hinsichtlich der Funktion, sondern auch hinsichtlich Nachhaltigkeitskriterien, also CO2, Wasser- und Energieverbrauch, bewerten und optimieren zu können.“ Immerhin rangiere das Thema Nachhaltigkeit „bei unseren Kunden unter den TOP 3“, so Vidal. Design for Sustainability sei damit leicht umsetzbar und lasse sich schnell in den bestehenden Entwicklungsprozess integrieren.

Die Partnerschaft von PTC und der von CADFEM europaweit vertriebenen Simulations-Software Ansys besteht seit 2018. Ziel ist es, Simulation nicht erst bei der Produktion, sondern frühzeitig im Design zu integrieren, um Konstrukteuren die Arbeit zu erleichtern, eine effizientere Gestaltung zu ermöglichen und den Weg zu einem optimierten Prototyp zu beschleunigen.

Nachhaltigkeit in der Produkt-Entwicklung ist auch Thema beim nächsten „Blueprint Talk“, der am 12. November live aus der CADFEM Firmenzentrale in Grafing bei München übertragen wird. ( https://resources.cadfem.net/de-de/blueprint-sustainable-engineering )

Das Interview zum Nachlesen: https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/kritische-designfragen-schon-frueh-beantworten-a-6951c863d944e0057fac6cc4639c6d08/

https://www.cadfem.net/de/de/home.html

CADFEM wurde 1985 in Deutschland gegründet und ist heute mit mehr als 600 Mitarbeitenden an weltweit 35 Standorten einer der größten Anbieter von Simulationstechnologie und Digital Engineering. Als Ansys Apex Channel Partner setzt CADFEM auf die führende Technologie von ANSYS. Über die Software hinaus bietet CADFEM Beratung, Simulations-Berechnungen, Automatisierungen und IT-Lösungen bis hin zum Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Produkt- und Prozessoptimierung. Mit über 100 Schulungen, zu denen auch Zertifikats-Lehrgänge gehören, ist CADEM außerdem einer der größten Weiterbildungsanbieter in der Technologie-Branche. Das Unternehmen betreut in Deutschland, Europa und weltweit fast 6.000 Firmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen. www.cadfem.net

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Smart Commerce stellt neue IoT-Lösungen auf Digital-Gipfel vor

Smart Commerce stellt neue IoT-Lösungen auf Digital-Gipfel vor

(Bildquelle: @fischerwerke)

Anlässlich des Digital-Gipfels (https://www.de.digital/DIGITAL/Navigation/DE/Digital-Gipfel/digital-gipfel.html) präsentiert Smart Commerce (https://www.smartcommerce.de/) eine für die fischerwerke entwickelte Plattform für Construction Monitoring (https://www.fischer.de/de-de/produkte/innovationen/fischer-construction-monitoring). Diese kommt in Industrieanwendungen und Bauwerken zum Einsatz. Die zugehörigen Systemlösungen SensorDisc und SensorAnchor sind eine Kombination aus smarten Monitoring-Tools und starken Befestigungsmitteln. Beide Lösungen sind nahtlos mit der Plattform verbunden, um eine effiziente, sichere und umfassende Überwachung zu gewährleisten.

Auf der für die fischerwerke entwickelten Cloud-Lösung werden Überwachungs-, Konstruktions- sowie Robotik-Lösungen abgebildet. Alle digitalen Anwendungen sind auf einer Plattform vereint und als mobile App und Webanwendung für Kunden verfügbar. Darüber hinaus sind Schnittstellen zu anderen Systemen möglich.

Die Anwendungen kommen bei sicherheitskritischen und schwer zugänglichen Strukturen und somit in einer Reihe neuer Geschäftsfelder zum Einsatz:

Hoch- und Tiefbau (Brücken, Tunnel, Gebäude, Druckwasserleitungen und Pipelines)
– Kurz- und Langzeitüberwachung der Belastungen und Prognose von Nutzungsdauer und drohenden Schäden

Verkehrsinfrastruktur (Brücken, Tunnel, Schienen, Dämme oder Straßen)
– Zuverlässige Überwachung von Verkehrsstrukturen durch sensorintegrierte Befestigungsmittel
– Überprüfung auf Schäden und Verschleiß

Energieinfrastruktur
– Professionelle Strukturüberwachung von On- und Offshore-Wundkraftanalgen
– Messung an Turm, Fundament, Rotorblättern und sonstigen Komponenten

Industriegewerbe
– Überwachung industrieller Anwendungen wie Maschinenkomponenten, Produktionslinien, Hebevorrichtungen oder Hochregallager

Mit der SensorDisc (https://www.fischer.de/de-de/produkte/innovationen/fischer-construction-monitoring) als digitales Befestigungsmittel können herkömmliche Schraubverbindungen in Bauwerken oder Maschinen überprüft, überwacht und dokumentiert werden. Die erfassten Daten werden schnell und einfach per NFC-Übertragung in der mobilen App ausgelesen. So kann ein frühzeitiges Versagen der Schraubverbindungen frühzeitig erkannt werden.

Über Smart Commerce:
Die Smart Commerce SE befähigt als digitaler Wegbereiter Geschäftspartner seit über zehn Jahren mit individuellen und innovativen Ansätzen, um ihren Online-Erfolg zu maximieren. Getragen von der Expertise marktführender E-Commerce & Digital Consulting Expertenteams mit tiefgehender E-Commerce-Erfahrung und technischer Expertise in den Kernbereichen E-Commerce-Plattformen und E-Commerce-Cloud, unterstützen wir über 20 große Kunden mit nachhaltigen, nutzerorientierten und datenzentrierten Lösungen.
Durch agile und zukunftsfähige Methoden gestalten wir gemeinsam die digitale Transformation – transparent und individuell an die Bedürfnisse unserer Kunden angepasst.

Über fischerwerke:
Die fischerwerke GmbH & Co. KG sind ein im Schwarzwald gegründetes und weltweit erfolgreiches Familienunternehmen mit Hauptsitz in Waldachtal. Besonders bekannt ist das Unternehmen für sein weltweit einzigartiges Komplettsortiment im Bereich Befestigungstechnik, das den größten Bereich der Unternehmensgruppe ausmacht. Weitere Unternehmensbereiche sind fischer automotive systems, fischertechnik, fischer Consulting und LNT Automation.

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Innovation im 3D-Druck – Neues Verfahren des Fraunhofer IGD verhindert Treppenstufenartefakte

Innovation im 3D-Druck - Neues Verfahren des Fraunhofer IGD verhindert Treppenstufenartefakte

Treppenstufenartefakte (a) stören nicht nur optisch – Shape Dithering (c) verhindert dies.

Mit einer rein geometrischen und algorithmischen Methode verhindern Wissenschaftler des Fraunhofer IGD Treppenstufenartefakte im Multimaterial-3D-Druck. Um Quantisierungsfehler zu vermeiden, modulieren sie die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal. Das Ergebnis sind geometrisch und farblich akkurate Oberflächen. Ihre Forschungsergebnisse präsentieren die Wissenschaftler in dem Paper „Shape Dithering for 3D Printing“, das im Rahmen der Computergrafik-Messe SIGGRAPH veröffentlicht wird.

Treppenstufenartefakte sind in herkömmlichen 3D-Druck-Verfahren unvermeidbar. Sie sind visuell störend und können für den Druck sogar strukturell nachteilig sein. Um akkuratere Oberflächen erzeugen zu können, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD ein neues Verfahren für Polyjet-Drucker entwickelt. Die Herangehensweise minimiert Quantisierungsfehler, sodass Treppenstufenartefakte im tatsächlichen Druck nicht mehr wahrnehmbar sind und weit unter den physikalischen Effekten des Druckprozesses liegen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßigere und glattere Oberfläche der Objekte.

Unterhaltungsbranche profitiert von hochwertigen Druckergebnissen

Um den gewünschten Effekt zu erhalten, wird die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal, beispielsweise mit blauem Rauschen, moduliert. Dadurch erfolgt eine Verteilung der Quantifizierungsfehler auf hohe Frequenzen, die dann später durch die Funktion des menschlichen Auges und vieler Druckprozesse entfernt werden. „Die Druckzeit bleibt, unabhängig vom Verfahren, gleich. Auch zusätzliche Rechenzeit benötigt das Dithering-Verfahren nicht“, erklärt Alan Brunton aus dem dreiköpfigen Autorenteam.

Eingesetzt wird das Verfahren beispielsweise in der Unterhaltungsbranche. Für animierte Filme, Videospiele oder für Gesellschaftsspiele werden Figuren und Objekte gedruckt. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren profitieren diese durch den Shape Dithering Ansatz von geometrischer und farblicher Präzision und erscheinen so besonders realistisch.

Flexibel einsetzbar

Als rein algorithmische Methode kann das Dithering-Verfahren unabhängig von der Hardware, also mit unterschiedlichen Polyjet-3D-Druckern, genutzt werden. Die im Paper vorgestellte Lösung wird mit dem 3D-Druckertreiber „Cuttlefish“ des Fraunhofer IGD eingesetzt. Ausgehend von den nun veröffentlichten Ergebnissen werden die Wissenschaftler zukünftig die weiterführende Hypothese untersuchen, ob die gedruckten Objekte – bedingt durch ihre glattere Oberfläche – auch belastbarer sind.

Das Paper „Shape Dithering for 3D Printing“ wurde zur Präsentation auf der SIGGRAPH 2022, der wichtigsten Veranstaltung für Computergraphik, akzeptiert. Die Konferenz findet als Hybridveranstaltung sowohl virtuell als auch vor Ort in Vancouver vom 8. bis 11. August statt. Mostafa Morsy Abdelkader Morsy, Erstautor des Papers, präsentiert dieses am 9. August um 10.45 Uhr Ortszeit stellvertretend für das Forschungsteam.

Weiterführende Informationen:

Das gesamte Paper und ergänzende Materialien (Supplemental Material) finden Sie unter:

– https://www.cuttlefish.de/publications
– https://dl.acm.org/doi/10.1145/3528223.3530129

Schauen Sie hier das Video: https://www.youtube.com/watch?v=ps4m5WDqrbM

Fraunhofer IGDauf der SIGGRAPH /8-11. August 2022

Präsentation Paper -9. August 2022, 10:45 Uhr

Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.

Kontakt
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
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Fraunhofer IGD optimiert Cuttlefish-3D-Druckertreiber für Polyjet-Anwendungen von Stratasys

Fraunhofer IGD optimiert Cuttlefish-3D-Druckertreiber für Polyjet-Anwendungen von Stratasys

Cuttlefish – Stratasys: Geometrie, Farben, Transluzenzen, Farbübergänge im 3D-Druck exakt erzeugen.

Zukünftige gemeinsame Lösungen geplant

Fraunhofer IGD, das führende internationale Forschungsinstitut für angewandte graphische Datenverarbeitung, hat seinen Cuttlefish® 3D-Druckertreiber für PolyJet™ 3D-Druck von Stratasys optimiert und arbeitet zusammen mit Stratasys an künftigen Software-Erweiterungen.

Der vollfarbige Multi-Material-PolyJet 3D-Druck ist eine realistische Technik für Produktdesigner und andere Kreativprofis, wobei bis zu acht Materialien in einem Arbeitsschritt verarbeitet werden. Das Cuttlefish®-Softwarepaket von Fraunhofer unterstützt die PolyJet-Systeme seit 2017 über die Schnittstelle GrabCAD™ Voxel Print™. Das Fraunhofer IGD hat nun bestehende Algorithmen verbessert sowie neue hinzugefügt, die es Unternehmen ermöglichen, bei der Herstellung von Drucken mit gleichzeitig höherer geometrischer Präzision und Farbgenauigkeit Kosten zu sparen.

Philipp Urban, Abteilungsleiter für 3D-Druck-Technologien am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD, erläutert die Rolle von Cuttlefish: „Wenn es um die Optimierung für die Massenproduktion, spezielle Farbwünsche oder Transluzenzstufen, Nesting oder individuelle Farbkalibrierung geht, dann sind wir die Lösung.“

Das Team von Urban arbeitet seit 2014 an der Entwicklung der Software, die es ermöglicht, mit mehreren Druckmaterialien gleichzeitig zu arbeiten, die Geometrie und die Farben (einschließlich Transluzenzen sowie feiner Farbübergänge) des Originals exakt wiederzugeben und den Ausdruck vorab auf dem Bildschirm zu simulieren. Mit Cuttlefish® wurden bereits hunderttausende hochqualitative PolyJet-3D-Drucke für Kunden in unterschiedlichen Branchen gedruckt.

„Unsere Kooperation ist langfristig angelegt mit dem Ziel, dass Stratasys-Kunden das technische Potential der Drucker voll ausschöpfen können“, so Urban.

Perfekte Basis für 3D-Druck-Forschung

Universitäten und Forschungseinrichtungen, die PolyJet-Drucker im Rahmen ihrer 3D-Druck-Forschung einsetzen, können die Plugin-Funktionalität von Cuttlefish® nutzen, über die eigene Methoden und Software-Komponenten bequem in den Cuttlefish®-Workflow integriert werden können. Auf diese Weise müssen die Forschenden nicht alles selbst programmieren, sondern können auf die bereits vorhandene Expertise des Fraunhofer IGD aufbauen. Damit ist Cuttlefish® eine optimale Basis für die weitere Forschung im Bereich 3D-Druck.

Filmreife Leistung von Stratasys und Cuttlefish®

Animationsstudio und Stratasys-Kunde LAIKA hat den Vorteil beider Technologien bereits erkannt. Für den Stop-Motion-Film „Mister Link – Ein fellig verrücktes Abenteuer“, wurden über 106.000 Gesichter mit Cuttlefish® 3D-gedruckt. Die größte Herausforderung bestand darin, dass viele Farben verwendet werden, um lebensechte Modelle zu erstellen. Jeder Farbton musste genau dem des vorausgegangenen Bildausschnitts entsprechen. Brian McLean, LAIKAs Director of Rapid Prototype, erzählt: „Wir verwenden 3D-Drucker in Stop-Motion-Produktionen seit Coraline, dem ersten Film von Laika. Für unsere aktuelle Produktion, Mister Link, haben wir die Technologien des Fraunhofer IGD eingesetzt, weil sie eine einzigartige Farbkonsistenz und geometrische Genauigkeit ermöglichen. Durch die Kombination der Cuttlefish®-Software mit dem Stratasys 3D-Drucker der J750-Serie – konnten wir die komplexesten farbigen 3D-Druckflächen erstellen, die je produziert wurden.“ Das Ergebnis konnte sich in der Tat sehen lassen und wurde entsprechend honoriert: 2020 gewann Mister Link den Golden Globe in der Kategorie Best Animated Feature.

Weiterführende Informationen:

https://www.igd.fraunhofer.de/kompetenzen/technologien/3d-druck

https://www.cuttlefish.de/

Über Stratasys:
Stratasys Ltd. (NASDAQ: SSYS) unterstützt den globalen Wechsel zur additiven Fertigung mit innovativen 3D-Drucklösungen für Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobile, Konsumgüter und Gesundheitswesen. Durch intelligente und vernetzte 3D-Drucker, Polymermaterialien, ein Software-Ökosystem und Teiledruck auf Abruf liefern die Lösungen von Stratasys Wettbewerbsvorteile in jeder Phase der Produkt-Wertschöpfungskette. Weltweit führende Unternehmen wenden sich an Stratasys, um den Produktentwurf zu transformieren, Agilität in die Fertigung wie auch die Lieferketten zu bringen und die Patientenversorgung zu verbessern. Weitere Informationen zu Stratasys finden Sie unter: https://www.stratasys.com

Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die „Smart City“. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.

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