CAD & 3D Prototyping für Druckregler und Ventil
Prototyping mit 3D-Druck
Prototyping ist ein äußerst wichtiger Schritt in der Produktentwicklung. Insbesondere das Prototyping von individuell gefertigten Teilen bietet die Möglichkeit, Ihr Design zu bewerten, sein Konzept zu demonstrieren, es auf Fehler zu untersuchen, etwaige Probleme zu beheben und das Gesamtdesign zu verbessern. Traditionelles Prototyping kann jedoch ein sehr zeitaufwändiger und teurer Prozess sein.
Ventilhersteller setzen heute zunehmend auf 3D-Designtechniken und erkunden die Möglichkeiten des 3D-Metalldrucks. Der ursprünglich in den 1980er Jahren entwickelte 3D-Druck (auch als additive Fertigung bekannt) hat sich in den letzten 30 Jahren dramatisch weiterentwickelt und ermöglicht es Unternehmen, Prototypen und Produkte vollständig anzupassen und genauer zu erstellen als je zuvor.
Neben der Kosten- und Zeitersparnis ermöglicht die additive Fertigung die Verwendung derselben CAD-Software zur Erstellung verschiedener Geometrien, was sie zu einem äußerst vielseitigen Verfahren macht. Und im Gegensatz zur CNC-Bearbeitung entsteht beim 3D-Druck nur minimaler Abfall, da bei diesem Verfahren nur das Material gedruckt wird, das tatsächlich zur Herstellung des gewünschten Produkts benötigt wird.
Schritte des 3D-Ventildesigns
Der erste Schritt bei der Konstruktion eines Ventils ist die Bedarfsermittlung. Es wird eine Anfrage zur Herstellung eines neuen Ventils mit den vom Käufer angegebenen spezifischen Anforderungen gestellt. Der Ventilhersteller hält sich an die Einzelheiten der Bestellung, bestimmt die beste Vorgehensweise und die zur Erfüllung erforderlichen Prozesse. In dieser Phase wird eine 3D-CAD-Zeichnung des Ventils erstellt. Die Zeichnung oder Entwurfsdatei wird dann über den Computer in das entsprechende Softwareprogramm hochgeladen.
Der nächste Schritt ist die Finite-Elemente-Analyse (FEA), bei der mithilfe mathematischer Modelle die Auswirkungen auf das Ventil in der Praxis quantifiziert werden. Die Simulationen werden mithilfe einer speziellen Software durchgeführt, mit deren Hilfe die Quelle potenzieller Probleme, wie z. B. Fehlerbereiche, Schwachstellen oder Spannungen, ermittelt werden kann.
„Das 3D-Softwaresystem ist vergleichbar mit der Erstellung einer virtuellen Umgebung. Sie geben die Umfänge des Ventils ein, einschließlich Materialien, Wandstärken usw., und führen dann eine reale Analyse und Festigkeitsprüfung durch, um zu überprüfen, ob es alle gegebenen Anforderungen erfüllt“, sagte der Ventilexperte. Nach der Analyse beginnt der Bau, während der 3D-Drucker das Produkt oder Teil über mehrere Stunden hinweg Schicht für Schicht erstellt. Der Zeitrahmen für den Druck wird anhand von Größe, Spezifikationen usw. bestimmt. Sobald der Druck abgeschlossen ist, wird das gedruckte Teil entfernt und geprüft. Weitere Prüfungen können je nach Komponente Maßprüfungen, verschiedene zerstörungsfreie Prüfungen, Leistungstests und/oder Drucktests umfassen.
Die Vorteile der 3D-Ventilkonstruktion liegen auf der Hand: Die Steigerung der Produktionseffizienz und die Verkürzung der Gesamtwartezeit für Kunden, die ihre Ventile herstellen, fertigen und erhalten, sind für den Markt von großer Bedeutung. Je weniger Zeit mit dem Warten auf Teile verbracht wird, desto länger ist der Prozess oder die Anwendung einsatzbereit. Weniger Zeitverlust bedeutet für Unternehmen direkt höhere Gewinne, da Ventile in der Industrie oft kritische Komponenten sind. Beispielsweise ist eine Raffinerie, die ein Absperrventil für einen Lagertank benötigt, der für die Trennung verschiedener Ölprodukte verantwortlich ist, unerlässlich, um eine Kreuzkontamination von Kraftstoffen zu vermeiden und ein qualitativ hochwertiges Produkt zu gewährleisten. Diese schnelle Verbesserung der Prototypen und der einfache Zugang für Kunden sind enorme Vorteile der 3D-Ventilkonstruktion.
Ein weiterer Vorteil des 3D-Designs ist die Vermeidung von Materialabfall. Beim computergestützten Design erfolgt der Druck präzise und Schicht für Schicht. Dieser Prozess ermöglicht außerdem die Herstellung einzigartiger und hochspezifizierter Komponenten. Während der 3D-Metalldruck derzeit für kleinere Ventilteile anwendbar ist, sind herkömmliche Herstellungsverfahren oft verschwenderisch und verbrauchen große Mengen an Rohstoffen und Energie. Anstatt eine Ventilkomponente aus einem großen Stück Material zu gießen und zu bearbeiten, kann der 3D-Druck die Komponente im Vergleich dazu mit erheblich weniger Abfall herstellen. Da ein Großteil des Designs am Computer erstellt wird, sind Verbesserungen leichter umzusetzen und Simulationen werden vereinfacht.
In manchen Fällen helfen 3D-Designbilder den Kunden dabei, ihre Wünsche zu identifizieren. Wenn es irgendeine Art von Anpassung gibt, haben sie auch die Möglichkeit, diese vor der Herstellung zu überprüfen und zu verbessern. Dadurch entfällt für EPCs und Ingenieurbüros, die beispielsweise an komplexen Rohrleitungssystemen arbeiten, jegliches Rätselraten. 3D-Design ist im Gegensatz zu klassischen blauen Strichzeichnungen detaillierter und flexibler.
Wer Chemieanlagen und Raffinerien baut, verwendet viele verschiedene Rohrleitungssysteme, die in mehrere Richtungen verlaufen. Mit 3D-Design können Ingenieure jedes Ventil und jede zugehörige Rohrleitungskomponente durchgehen und prüfen, als wäre es eine virtuelle 3D-Umgebung. Dies führt häufig zu früheren Designgenehmigungen. 3D-Design kann auch den Herstellungsprozess rationalisieren und so zu größeren Effizienzgewinnen führen.
Die 3D-Technologie erhöht letztendlich die Geschwindigkeit und Designflexibilität und reduziert das Risiko und die Abfallmenge bei der additiven Fertigung. Keine Materialbeschränkungen, vollständige Anpassung, höhere Erträge und niedrigere Kosten sind allesamt äußerst vorteilhaft für 3D-Design und -Druck. Diese Technologie bietet auch große Vorteile für diejenigen, die schnell und präzise einen Prototyp erstellen möchten.
Da Ventilhersteller die 3D-Ventilkonstruktion und Druckverfahren weiter optimieren, werden Endbenutzern mehr Optionen als je zuvor geboten. Ein echter wirtschaftlicher Nutzen wird sich ergeben, wenn der 3D-Druck in allen Bereichen der Fertigungsindustrie zum festen Bestandteil wird. Theoretisch ist die einzige Einschränkung bei der 3D-Konstruktion Ihre Vorstellungskraft, und Hersteller wie ISV sind gut gerüstet, um die Anforderungen bestehender und zukünftiger Ventilbenutzer zu erfüllen.
3D-Druck für Ventilprototypen
Die Prototypenentwicklung ist in der Ventilindustrie bekanntermaßen eine Herausforderung. Ventile sind unglaublich komplexe Mehrkomponententeile, für deren Herstellung ein kompletter Satz kundenspezifischer Werkzeuge erforderlich ist. Die Werkzeuge sind ein enormer Zeit- und Kostentreiber für die Prototypenentwicklung von Ventilen, insbesondere für die Prototypenentwicklung von Rückschlagventilen. Glücklicherweise hat der 3D-Druck in der Ventilherstellung einen ebenso großen Einfluss wie in der Automobilherstellung.
Ein 3D-Drucker, der für die Prototypenerstellung von Ventilen verwendet werden kann und dessen Wirkung enorm ist. Dieser Drucker liefert uns funktionierende 3D-Modelle, die wir unseren Kunden präsentieren können, was sich als großer Segen für das Sammeln von qualitativ hochwertigem Kundenfeedback erwiesen hat.
Da es mit allen vorhandenen CAD-Programmen kompatibel ist, können unsere Designer und Ingenieure dieses Feedback fast sofort einarbeiten und die Ideen im weiteren Projektverlauf weiterverfolgen. Und was vielleicht am wichtigsten ist: Wir können Ventilprototypen für Kunden zu deutlich niedrigeren Preisen herstellen, als uns das bisher möglich war.