De ontwikkelcyclus van kunststofproducten is aanzienlijk te verkorten met simulatie-gestuurd ontwerpen. Wat zijn de business-voordelen en mogelijkheden van het eerder toepassen van simulatiesoftware in ontwerp- en engineeringprocessen?

De ontwikkelcyclus van producten en systemen is de afgelopen decennia al aanzienlijk verkort door het gebruik van steeds betere 3D-ontwerp- en engineeringsoftware en het virtueel simuleren van prototypes. Voor de komende jaren ligt de uitdaging daarom niet meer zozeer bij verdere efficiency-verbeteringen, maar bij het eerder optimaliseren van de vorm en topologie van producten en onderdelen. Verder is met integraal parallel ontwerpen en optimaliseren nog aanzienlijke tijdwinst te behalen. Dat is te realiseren door eerder in de ontwikkelcyclus gebruik te gaan maken van simulatiesoftware.

 

Iteraties verminderen

In traditionele ontwikkelcycli zijn er meerdere iteraties nodig tussen engineers die het conceptontwerp detailleren en collega's die het detailontwerp valideren voor de prototype-ontwikkeling. Met behulp van simulatie-gebaseerd ontwerpen is het aantal benodigde iteraties sterk te reduceren, met als belangrijk concurrentievoordeel een kortere ‘time-to-market'. Simulatiegebaseerd ontwerpen verkort tevens de fase van conceptontwikkeling, omdat ontwerpers sneller mogelijke varianten kunnen analyseren en vergelijken en daardoor in kortere tijd de beste vorm en topologie kunnen vinden.

 

Mogelijke kostenbesparingen

Een tweede voordeel van simulatie-gestuurd ontwerpen is de mogelijke kostenbesparing. Dat begint al in de conceptuele ontwerpfase. Het financiële gevolg van een ontwerpfout, of minder optimale keuze, is groter als deze later wordt ontdekt. Daarom is het tijdens de conceptfase belangrijk zo snel mogelijk de optimale vorm en topologie te vinden, waarvoor 3D-simulatiesoftware de benodigde functionaliteit biedt. Daarnaast geven simulaties ook meer inzicht waar welke materiaalhoeveelheden noodzakelijk zijn en wat de impact is van alternatieve materialen op de prestaties van het betreffende onderdeel. Zowel de materiaalkeuze als de materiaalhoeveelheid kunnen een grote invloed hebben op de totale kostprijs.

Door een toenemend aantal eisen en de regelgeving wordt het ontwerpen en ontwikkelen van innovaties en nieuwe productmodellen steeds complexer. Verder hebben technieken als 3D-printen ertoe geleid dat ontwerpers meer aandacht moeten besteden aan de relatie tussen hun design en het materiaalgebruik. Denk bij kunststof producten aan de mogelijke vervormingen door alle belastinginvloeden tijdens het productieproces en de gebruiksperiode. Deze invloeden worden vaak pas bij de detailengineering nader onderzocht en geoptimaliseerd met simulaties.

 

Code Product Solutions

Een bedrijf dat al jarenlang ervaring heeft met simulatie-gestuurd ontwerpen is Code Product Solutions. De ingenieurs van dat bedrijf adviseren en ontwikkelen oplossingen voor producten gemaakt van kunststoffen, composietmaterialen en metalen, voor klanten in de automobielindustrie, hightech en medische sector. Maar het bedrijf ontwerpt ook dagelijks gebruikte consumentenproducten als kinderautostoeltjes. "Ons ontwerpproces bestaat typisch uit vier basisstappen", vertelt business development manager Jens van Haag: "evalueren van het initiële ontwerp en de beschikbare designruimte, afleiden van het ideale design, omzetten in een produceerbaar ontwerp en als laatste optimaliseren van het ontwerp met inachtneming van de specifieke eisen.

"Een belangrijk deel van onze toegevoegde waarde bestaat uit het betere inzicht dat wij klanten bieden in de relatie tussen het optimale productontwerp en mogelijke materiaal- en/of gewichtsbesparingen. Onder andere met behulp van snelle simulatie-gestuurde iteraties tijdens de conceptfase, met als doel dat men eerder in het ontwikkelcyclus weloverwogen de juiste keuzes kan maken. Indien gewenst helpen wij klanten uiteraard ook in andere fasen van het totale ontwikkelproces met optimalisaties, waarvoor wij meestal de simulatiesoftware van Altair inzetten."

 

Herontwerp bevestigingsframe

Code Product Solutions heeft onder andere het frame voor bevestiging van de bumpergril, koelradiator en koplampunits van een personenauto geoptimaliseerd. Een belangrijk component die ook invloed heeft op de crash-performance. Het frame bestond in het originele ontwerp uit vijf aluminium en twee stalen onderdelen met een totaal gewicht van 1,84 kg. "De betreffende fabrikant wilde vooral weten of er gewichtsbesparingen te realiseren waren. Met Altair's Optistruct-simulatiesoftware hebben wij een hybride thermoplastisch kunststof alternatief met een organische vorm ontwikkeld, dat ruim twintig procent minder weegt en voor een 65 procent lagere kostprijs te produceren is."

 

Beter en eerder inzicht

Behalve significante gewicht- en kostenbesparingen, zoals in het genoemde voorbeeld, is het eerdere en betere inzicht dat simulatie-gebaseerd ontwerpen een groot voordeel. Omdat de beschikbare software daarvoor steeds intuïtiever te gebruiken is, kunnen ontwerpers alvast een deel van de tot voor kort specialistische CAE-engineering uitvoeren. De onlangs door Altair overgenomen SimSolid- technologie versnelt deze trend, omdat die software het arbeidsintensieve meshing van CAD-modellen - een noodzakelijk onderdeel om simulatie mogelijk te maken - overbodig maakt. Tenslotte dragen materiaalbesparingen ook nog bij aan duurzamere producten.