Proč běžné simulační softwary selhávají při 3D tisku — a jak CARDAM mění pravidla hry díky vlastnímu výpočetnímu přístupu
Aditivní výroba dnes nabízí nebývalou svobodu v návrhu tvarů i funkčních struktur. O to větší je ale tlak na přesnost, efektivitu a predikovatelnost. Stačí drobná odchylka, přehlédnuté zbytkové napětí nebo nedokonalá podpora – a desítky hodin tisku přijdou vniveč.
3D tisk se mění. A simulační nástroje s ním musí držet krok
Simulace tisku je proto dnes klíčovým nástrojem, bez kterého se špičkový návrh v aditivní výrobě neobejde. Jenže většina komerčně dostupných softwarů funguje jako black box – uzavřené řešení, které neumožňuje přizpůsobení konkrétnímu procesu, materiálu ani geometrii. Výsledkem je omezená přesnost a nespolehlivé výstupy, které neumožňují začlenění simulace do návrhového cyklu.
Vlastní vývoj softwaru v CARDAM: proč vznikl nový simulační nástroj
Společnost CARDAM Solution se rozhodla tento problém vyřešit vývojem vlastního výpočetního řešení, které reflektuje skutečný průběh tisku – od dráhy laseru přes dynamiku teplotního pole až po fázi chladnutí. Zohledňuje přitom reálné podmínky, materiály i výrobní strategii.
Hlavní výhoda? Možnost přímého zásahu do výpočtu, plná kontrola nad modelováním a propojení s návrhovými metodami, jako je topologická optimalizace – moderní přístup k odlehčování a tvarové optimalizaci dílů, které reflektuje reálné zatížení a výrobní možnosti.
Chytrá kombinace výpočetních metod = přesnější simulace, kratší čas
CARDAM rozdělil simulaci tisku na dvě části:
- Dynamická fáze (pohyb laseru) je počítána explicitně s vysokým rozlišením a malým časovým krokem.
- Statická fáze (chladnutí) je počítána implicitně s většími prvky a delšími časovými kroky.
Tato strategie zásadně zkracuje výpočetní náročnost a umožňuje simulaci i větších a složitějších dílů, kde komerční nástroje selhávají. Výsledkem je vysoká shoda se skutečným tiskem, snížení zmetkovitosti a efektivnější návrh i výroba.
Topologická optimalizace: pevnost, úspora a geometrie na míru
Součástí řešení CARDAM je také vlastní modul topologické optimalizace, který využívá pokročilý BESO algoritmus (Bi-directional Evolutionary Structural Optimization) a výpočetní jádro OpenFOAM. Díky tomu dokáže:
🔧 Zohlednit individuální požadavky firem – jako je pevnost, zátěž, deformace nebo tepelná odolnost
🔧 Maximálně využít dostupný materiál – a zároveň ho odebírat pouze tam, kde to nenaruší funkci
🔧 Navrhnout geometrii podle reálného zatížení, nikoliv od oka
🔧 Optimalizovat tvar tak, aby byl vyrobitelný aditivně
Na rozdíl od běžných nástrojů založených na metodě konečných prvků (MKP), využívá CARDAM přístup metodou konečných objemů (MKO), který umožňuje snadnější kombinaci více fyzikálních jevů – například strukturální analýzu propojenou s prouděním, chlazením nebo fázovou přeměnou.
Optimalizovaná geometrie je následně vyhlazena ve vizuálním prostředí Blender, které je skriptováno přímo z prostředí CARDAM Simul. Celý proces je vysoce přizpůsobitelný, rozšiřitelný a otevřený k dalšímu vývoji.
Tři konkrétní aplikace, kde CARDAM zásadním způsobem posunul možnosti 3D tisku
Tepelné výměníky s chytrými strukturami (TPMS)
– Vývoj vlastního algoritmu pro generování vnitřních struktur podle simulace přestupu tepla.
– Řešení zohledňuje i nerovnoměrné teplotní zatížení.
– Úspěšná aplikace ve slévárenských formách pro vysokotlaké lití.
– Spolupráce s Fyzikálním ústavem AV ČR a Beneš a Lát, a.s.
Topologicky optimalizovaná slévárenské formy
– Kombinace topologické optimalizace, konformního chlazení a 3D tisku.
– Forma navržena tak, aby se snížily náklady na výrobu i cyklový čas.
– Jádro vyrobeno hybridním tiskem (3D tisk + obrobený polotovar).
– Výsledek: přesnější odlitky, rychlejší cykly, nižší náklady.
Titanové díly pro jízdní kola FESTKA
– Technologická podpora při návrhu a výrobě.
– Realizace kompletní výroby včetně postprocessingu.
– Přímé nasazení dílů do sériové výroby – důkaz, že aditivní výroba má své místo i v komerčních produktech.
CARDAM: Výzkum, vývoj i realizace v jednom řetězci
Díky kombinaci vědeckého přístupu, vlastního softwaru a praktické zkušenosti s výrobou nabízí CARDAM propojuje výpočetní know-how, konstrukční přístup a praktické zkušenosti z výroby do jednoho funkčního řetězce. Výsledkem je řešení, které:
- Poskytuje výstupy využitelné ve vývoji, optimalizaci i reálné výrobě
- Respektuje realitu tisku i použití dílu
- Zohledňuje specifické potřeby a omezení zákazníka
📍 Více o technologických řešeních CARDAM najdete na https://www.cardam-solution.cz
Zpracovala: Michaela Winklerová
