Nowoczesne symulacje komputerowe pozwalają na dokładne cyfrowe odwzorowanie przedmiotów i oddziaływań, jakim mogą być poddawane. Metoda ta znajduje doskonałe zastosowanie zwłaszcza przy opracowywaniu produktów, które z racji swojego przeznaczenia muszą cechować się wysoką wytrzymałością. W Knauf Industries jest ona na co dzień stosowana przy projektowaniu i rozwijaniu nowoczesnych opakowań transportowych ze spienionych tworzyw EPP i EPS.
Dlaczego warto stosować komputerowe wspomaganie projektowania?
Symulacja komputerowa polega na kopiowaniu obiektów i całych systemów oraz badaniu ich zachowania w różnych warunkach. W procesie symulacji bardzo zróżnicowanych obciążeń, jakim może być poddawany produkt, można bardzo łatwo wyeliminować jego słabe miejsca i nanieść korekty. Wszystko odbywa się w wirtualnej przestrzeni, co z punktu widzenia projektowania oznacza eliminację jakichkolwiek strat surowców i oszczędność czasu, gdyż zmiany mogą być wprowadzane jednym kliknięciem. W cyfrowym modelu 3D można wielokrotnie wprowadzać nawet bardzo gruntowne modyfikacje, a finalny prototyp jest niemal gotowy do produkcji. Przede wszystkim jednak symulacja numeryczna umożliwia wdrażanie nawet bardzo śmiałych innowacji oraz dokładną personalizację pojemników na wymiar i opakowań na zamówienie bez ponoszenia dodatkowych kosztów.
Systemy CAD – jak efektywnie je stosować?
Skrót CAD pochodzi od angielskiego wyrażenia Computer Aided Design, czyli projektowanie wspomagane komputerowo. Powszechnie tą nazwą określane jest nie tylko oprogramowanie Autodesk AutoCad, lecz także cała gama różnych narzędzi CAD, CAE (Computer Aided Engineering) oraz CAM (Computer Aided Manufacturing), które są wykorzystywane przez inżynierów np. w obliczaniu parametrów wytrzymałościowych konstrukcji, a następnie w procesie produkcji w ramach Design for Manufacturing (DFM). W przeszłości występowały one jako osobne programy, jednak dziś granice między nimi się zacierają, ponieważ systemy CAD są uzupełniane o moduły CAM i CAE. Tak powstaje jednolita platforma projektowa, jednak nadal każdy z tych modułów znajduje swoje konkretne zastosowanie w danej gałęzi przemysłu.
Narzędzia CAE w sektorze motoryzacyjnym pozwoliły znacznie przyspieszyć opracowywanie produktów, ograniczyć koszty a jednocześnie zwiększyć bezpieczeństwo, komfort i trwałość – zarówno części samochodowych, jak i samych pojazdów. To samo dotyczy opakowań stosowanych w transporcie. Decydującą rolę w tym przypadku odgrywa wiarygodność odwzorowania ładunków i obciążeń, jakim mogą być poddawane poszczególne części w różnych sytuacjach podczas załadunku, transportu i magazynowania.
Systemy CAD 2D vs 3D do projektowania opakowań zwrotnych z tworzyw sztucznych
Istnieją dwa rodzaje systemów do projektowania CAD: 2D i 3D. Pierwsze z nich pełnią funkcję wirtualnej deski kreślarskiej, dlatego często znajdują zastosowanie np. przy tworzeniu szkiców koncepcyjnych. Dużo bardziej zaawansowane są programy 3D, w których można modelować złożone bryły w przestrzeni i to one częściej znajdują zastosowanie przy projektowaniu opakowań z EPP czy EPS. Jeszcze więcej możliwości zapewnia oprogramowanie typu CAE, które nie tylko posiada funkcję wykonywania obliczeń wytrzymałościowych różnego rodzaju obiektów, lecz także pozwala sprawdzać ich zachowanie pod wpływem określonych obciążeń, drgań czy temperatury. W Knauf Industries przeprowadzamy na naszych produktach testy w realnych warunkach, aby móc następnie skorelować uzyskane wyniki z symulacją komputerową i zapewnić jej wysoką wiarygodność. Nasze wyspecjalizowane oprogramowanie pozwala ponadto na dokładne odwzorowanie kształtu transportowanych części i przeniesienie go wprost na formę opakowania. Jeśli nawet klient nie posiada modelu 3D danej części, możemy go wykonać, odwzorowując już istniejący produkt z wykorzystaniem technologii skanowania 3D i inżynierii odwrotnej.
Jak można przyspieszyć proces projektowania dzięki oprogramowaniu CAE?
Stosowane obecnie programy do komputerowego wspomagania projektowania osiągnęły już tak wysoki stopień predykcyjności, że proces weryfikacji projektów w dużej mierze przebiega wirtualnie. Analizy przeprowadzane za pomocą oprogramowania CAE nie tylko eliminują konieczność przygotowywania kolejnych prototypów, ale także pozwalają z wyprzedzeniem znaleźć i poprawić słabe miejsca projektu. Obecnie posiadamy wysoko wyspecjalizowane narzędzia, z których wykorzystaniem możemy poddawać nasze opakowania z EPP i EPS różnorodnym testom mechanicznym statycznym i dynamicznym, a także symulacjom transferu ciepła. W realnych warunkach wymagałoby to wykonania fizycznych pomiarów, które nie zapewniają tak wysokiej niezawodności i dokładności. Opracowane w IDlab narzędzia pozwalają jednoznacznie ustalić parametry użytkowe produkowanych przez nas opakowań z różnych materiałów, takich jak EPP, EPS czy tworzyw termoplastycznych. Wiarygodność odwzorowania realnych sytuacji jest w tym przypadku kluczowa, gdyż opakowania stosowane w transporcie podlegają niekiedy ekstremalnym obciążeniom, dlatego wciąż poszerzamy naszą bazę danych.
Przykłady modelowania trójwymiarowego i symulacji komputerowych opakowań Knauf Industries
Jednym ze stosowanych przez nas testów jest symulacja komputerowa upadku metalowej części na opakowanie z określonej wysokości. W ten sposób można precyzyjnie określić poziom wytrzymałości konstrukcji, stopień deformacji oraz absorpcyjność materiału, a tym samym sprawdzić, jak skutecznie chroni on zawartość przed zniszczeniem. Takie dynamiczne symulacje mogą również przewidywać inne scenariusze, takiej jak upadek pustego opakowania, opakowania z określoną zawartością i wiele innych przypadków.
Natomiast testy statyczne polegają na przykład na sprawdzeniu, w jakim stopniu odkształci się opakowanie, na którym umieszczono inny pojemnik z zawartością. Wektor sił oddziaływujących na produkt jest w tym przypadku skierowany z góry na dół, ale można badać także siły oddziaływujące na pojemnik ułożony na górze. Wizualizacja odkształceń pozwala ustalić wraz z klientem akceptowalny stopień deformacji i wprowadzić ewentualne zmiany polegające np. na zwiększeniu gęstości zastosowanego materiału, grubości ścianek czy nawet wymianie materiału. Wyjątkowo przydatnym badaniem jest również symulacja termiczna opakowań. Określenie, w jaki sposób rozchodzą się temperatury jest krytyczne zwłaszcza w branży FMCG czy medycznej. Taki test może polegać np. na symulacji kostki lodu w opakowaniu.
Projektowanie opakowań wspomagane komputerowo – współpraca z Knauf Automotive
Wachlarz testów przeprowadzanych w laboratoriach Knauf Industries jest znacznie szerszy i może uwzględniać również inne obszary analizy, części wykonane z użyciem innych materiałów czy nawet gotowe zespoły części. Obecnie jesteśmy w stanie zbadać wytrzymałość np. tylnej kanapy wzmacnianej aluminiowym lub stalowym insertem czy zachowanie podnóżka samochodowego lub nawet całego fotela podczas uderzenia. Symulacje numeryczne są obecnie intensywnie rozwijanym obszarem w działalności Knauf Industries, gdyż stanowią optymalny punkt wyjścia do systematycznego doskonalenia naszego portfolio oraz poszukiwania nowych zastosowań naszych materiałów i technologii w dziedzinach bezpieczeństwa, efektywności energetycznej oraz designu. Pozwalają również dokonać skrupulatnej analizy wykonalności i kosztów. Chętnie doradzimy Państwu w tym zakresie indywidualnie, zapraszamy do współpracy!