Simula�n� technologie nejen pro plastik��sk� pr�mysl

Tento �lánek Vám umo�ní nahlédnout na simulace optikou plastiká�ského pr�myslu a v záv�ru uká�e celé workflow návrhu konkrétního produktu.

Krom� toho se rozši�ování vyu�ití simulací projevuje i v tom, �e výpo�tá�ské simula�ní nástroje nejsou dostupné pouze nadnárodním spole�nostem s odd�lením výpo�tá��-specialist�, ale simula�ní nástroje jsou dnes p�izp�sobené i pot�ebám u�ivatel�, kte�í se simulacemi dosud nep�išli do styku. A to jak jednodušším u�ivatelským rozhraním vy�adujícím i výrazn� ni�ší znalosti výpo�tá�ského �emesla, tak v neposlední �ad� zp�ístupn�ním i po finan�ní stránce. U� se nejedná pouze o nástroje s milionovými ro�ními náklady.

Vizualizace modelu výrobku vyvinutého za pomocí �ady simulací a optimalizací �ešící jednotlivé aspekty návrhu. Zde zvýrazn�ny výsledky simulace výroby plastového pouzdra

D�íve se kv�li obecné náro�nosti pou�ívaly simulace pouze v ov��ovací fázi vývoje, kde nahrazovaly nákladné fyzické ov��ovací zkoušky. M�ly za úkol ov��it, zda je navr�ený výrobek schopen odolat p�edpokládanému zatí�ení nebo simulacemi výrobních proces� ov��it jeho vyrobitelnost. Praxe však p�inesla chu� in�enýr� zapojovat simulace do �ím dál �ast�ji ran�jší fáze vývoje. To vychází z p�irozené pot�eby zohled�ovat po�adavky a odstra�ovat nastalé problémy hned v zárodku, kdy je zm�nové �ízení nejmén� nákladné. Je pochopitelné, �e se tím ušet�í spousta zbyte�né práce a finan�ních náklad�.

Altair byl leaderem tohoto trendu ji� od po�átku a postupn� p�edstavil p�ístupy Simulation-driven Design a Simulation-driven Design for Manufacturing. Krom� tradi�ních výpo�tá�ských nástroj�, které se na trhu u� významn� etablovaly, p�edstavil postupn� celou �adu nástroj� ur�ených i pro další u�ivatele, ne� jakými jsou tradi�ní výpo�tá�i nebo v simulacích zkušení technologové. Díky p�edstavení simula�ních nástroj� ur�ených pro designéry, konstruktéry, nebo návrhá�e systém�, umo�nil za�ít simulovat ji� v nejran�jších koncep�ních fázích.

Fáze koncep�ního návrhu je okam�ikem, kdy lze s nejmenším úsilím a nejmenšími náklady provád�t nejv�tší úpravy produktu sm�rem k hledanému optimu. Proto je dobré této fázi v�novat velkou pozornost, a práv� p�i ní pou�ít simula�ní nástroje, které ov��í, �e se k optimu blí�íme, nebo jsme ho našli. Takové optimum m��e (a m�lo by) zahrnovat celý �ivotní cyklus produktu. M�lo by zohled�ovat hledisko výroby (vyrobitelnost, ekonomika, ekologie), �ivotnosti, provozních náklad� a ekologických externalit, souvisejících �asto s hmotností, a �adu dalších aspekt�.

Komplexní p�ístup p�i vyu�ití simulací p�i vývoji výrobku - konkrétn� ní�e popisovaný injektor Nolava

Simula�ní mo�nosti jsou dnes velmi široké. Tradi�ní pevnostní analýzy a optimalizace se staly b�ným standardem a velmi �asto jsou dopl�ovány dalšími pokro�ilejšími simulacemi jakými jsou dynamické analýzy pohyblivých mechanism�, analýzy proud�ní kapalin, p�enos� tepla, mechatronických systém�, nebo simulace pohybu sypkých hmot, jakými m��e být nap�íklad plastový granulát ve výrobních linkách. �ada t�chto analýz m��e být i vzájemn� kombinována, v tom p�ípad� je pak �e� o tzv. multifyzikálních analýzách.

Jak u� bylo nazna�eno na p�íkladu výrobní linky, simulace nejsou vyu�ívány pouze k návrhu a ov��ení funkcionality nebo vyrobitelnosti produkt�. �ím dál �ast�ji jsou ji� v koncep�ní fázi dopl�ovány simulacemi výrobních proces� a p�ispívají tak multi-kriteriální optimalizaci konceptu. Altair nabízí simula�ní nástroje jak pro výrobu kovových díl� (odlévání, lisování, protla�ování, 3D tisk), tak p�edevším umo��uje simulovat vst�ikování plast� (Altair Inspire Mold), studených a polyuretanových p�n (Altair Inspire PolyFoam), nebo protla�ování plast� (Altair Inspire Extrude Polymer).

D�le�itou sou�ástí tvorby simula�ních model� jsou kvalitní materiálové definice - zde Altair Material Data Center

Díky t�mto nástroj�m lze bez finan�n� náro�ných zkoušek navrhovat ideální formy pro výrobu, hledat nejvhodn�jší parametry výrobního procesu nebo upravovat samotný produkt tak, aby byl v po�adované kvalit� vyrobitelný, tedy aby byl eliminován výskyt potenciálních výrobních vad. Tomu m��e napomáhat i optimalizace ideálního chlazení formy – návrh rozm�r� a umíst�ní chladicích kanál� tak, aby bylo dosa�eno co nejkvalitn�jšího vst�ikování.

Ukázka komplexního vyu�ití simulací ve vývoji výrobku

Komplexní vyu�ití simula�ních nástroj� Altair p�i vývoji produktu si m��eme ukázat na pokro�ilé inzulince Nolava od spole�nosti Nolato ze Švédska.

Injektor (inzulinka) Nolava od švédské spole�nosti Nolato

Prvním koncep�ním krokem bylo nalezení ideálního tvarového �ešení tak, aby byly ergonomické a zárove� elegantní. Altair Inspire Studio dává u�ivateli do ruky výkonné nástroje pro efektivní tvorbu pr�myslového designu s rychlým generováním návrhových variant k jejich porovnávání. S tím jde ruku v ruce i vyu�ívání špi�kového renderovacího modulu generování fotorealistických vizualizací. Ty jde vyu�ít i k zahájení marketingových aktivit ji� v dob�, kdy produkt ješt� fyzicky ani neexistuje.

Prvotní stylistický a koncep�ní návrh ve form� skici

3D vizualizace konstruk�ního návrhu (Altair Inspire Studio)

V další fázi vývoje bylo p�istoupeno k návrhu vnit�ních �eber vn�jší plastové konstrukce. K tomu byl pou�it nástroj pro strukturální analýzy a optimalizace Altair Inspire. Díky topologické optimalizaci bylo navr�eno takové uspo�ádání �eber, které p�i minimální hmotnosti nabízí maximální tuhost dílu. Topologické optimalizaci zárove� byly zadány i podmínky vyrobitelnosti, �ím� se zajistilo, �e automaticky navr�ený tvar bude zárove� vyrobitelný a nebude se jednat pouze o idealistický tvar, který v praxi nelze pou�ít.

Vyrobitelnost byla následn� ov��ena i v nástroji Altair Inspire Mold, který simuluje vst�ikování plastu. Díky n�mu bylo mo�né ji� v p�edstihu, v pr�b�hu konstrukce, odhalit potenciální výrobní vady a zareagovat na n� jednak zm�nou detail� navr�eného plastového dílu, tak i úpravou chlazení vst�ikovací formy. Pomocí stejného nástroje pozd�ji technolog-specialista optimalizoval i parametry pln�ní formy a chladnutí.

Simulace pln�ní formy pouzdra injektoru Nolava (Altair Inspire Mold)

Návrh vnit�ního mechanismu byl konstruován za pr�b�ného ov��ování modulu Motion, který je takté� sou�ástí nástroje Altair Inspire. N�které �ásti mechanismu byly dokonce automaticky tvarov� optimalizovány na základ� této kinematicko-dynamické analýzy.

Po dokon�ení návrhu celé strukturální �ásti a vnit�ního mechanismu byla v nástroji Altair SimLab provedena série pokro�ilejších analýz. Jednou z nich byl nárazový test, který simuluje pád produktu na zem (tzv. drop-test). Cílem takové simulace je ov��it, �e p�i upušt�ní p�edm�tu z ruky nedojde k v�tšímu ne� jen povrchovému poškození.

Simulace mechanického chování zácvak� plastového pouzdra je �ešena i s ohledem na výsledky simulace smrš�ování vst�ikovaných díl� (Altair SimLab a Inspire Mold)

Proto�e se nejedná o �ist� mechanický produkt, ale obsahuje i elektronické sou�ásti, bylo v Altair SimLab i ov��ováno, �e se �ádná �ást inzulinky nep�eh�ívá a nezp�sobuje tak u�ivateli nep�íjemné pocity, nebo to dokonce nemá vliv na strukturální vlastnosti produktu v d�sledku teplotní degradace plastových materiál�.

Jak za�ít s pokro�ilejšími simulacemi?

Zavád�ní komplexních simulací se pro spole�nosti a u�ivatele, kte�í s nimi nemají zkušenost, m��e zdát jako p�íliš tvrdý o�íšek. Pravdou však je, �e p�i zavád�ní pomocí menších díl�ích krok� není tento proces p�íliš slo�itý ani náro�ný. Prost�edky a úsilí tímto sm�rem vynalo�ené se vrátí jak v kvalit� výrobk�, tak v budoucích mo�nostech rozvoje firmy.

Prvním díl�ím krokem m��e být zadání n�kterých simulací extern�, tedy outsourcing. Spole�nost Advanced Engineering s.r.o., která stojí za obsahem tohoto �lánku a za podporou nástroj� Altair v �eské a Slovenské republice, je p�edevším engineeringovou firmou a m��e být takovým partnerem. Všechny zmín�né i �ady dalších simulací a optimalizací lze �ešit práv� s námi, a to v r�zných formách spolupráce.

Díky úzké spolupráci b�hem �ešení vaší úlohy Vám zárove� umo�níme si postupn� osvojovat pot�ebné know-how a získávat na poli simulací samostatnost, kterou uplatníte ve stejných nástrojích, se kterými pracujeme my. Nasm�rujeme Vás tím i na nástroje, které jsou pro Vaši úlohu a Váš zp�sob vyu�ití nejvhodn�jší a zárove� tomu p�izp�sobíme výb�r nejvýhodn�jšího typu licence. Je dobré zmínit i fakt, �e licen�ní systém nástroj� Altair p�i vyu�ívání více typ� simulací nenavyšuje náklady, a tedy je pro vyu�ití komplexních simulací velmi p�ív�tivý.

Všechny výše uvedené simula�ní nástroje umo��ují krom� b�ného ro�ního pronájmu licencí i pronájem krátkodobý. Díky n�mu lze výhodn� �ešit nárazové pot�eby vyu�ití jednotlivých simulací tak, jak p�ichází s projekty, a omezit fixní náklady.

Více informací k projektu Nolava (VIRTUAL PRODUCT DESIGN OF A MEDICAL AUTOINJECTOR):

• Video s ukázkami jednotlivých simulací
• Technický dokument popisující projekt a postup �ešení
• eGuide to Injection Molding - Pr�vodce simulacemi vst�ikování plast� s ukázkami z projektu Nolava
• P�ednáška �ešitel� k pr�b�hu projektu na konferenci Global ATC 2019 v Detroitu

Dále doporu�ujeme Vaší pozornosti

• Disrupting the Traditional Injection Molding Process - p�ísp�vek na Altair blogu o odlišnosti �ešení Inspire Mold od tradi�ních nástroj� pro simulace vst�ikování plast�
• Explore Design Options and Streamline Manufacturability Using Altair Manufacturing Platform - webiná� v�novaný optimalizaci konstruk�ních �ešení z pohledu vyrobitelnosti
• Altair Inspire Mold - produktové stránky tohoto simula�ního nástroje v�etn� odkaz� na prezentace, webiná�e, eLearning apod.
• Altair Material Data Center - produktové stránky databáze materiál� zahrnující definice pro r�zné simula�ní nástroje
• Zkušební licence simula�ních nástroj� od Altair

Kontakt

• Advanced Engineering s.r.o., www.advanced-eng.cz
• Profil spole�nosti Advanced Engineering na PlasticPortal.eu