Simulationen
Simulationen spielen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung moderner Geräte, insbesondere im medizinischen und industriellen Bereich. Sie ermöglichen es den Ingenieuren, die reale Leistung eines Entwurfs vorherzusagen, bevor er gebaut wird, und bieten die Möglichkeit, verschiedene Entwurfsalternativen zu bewerten, die Produktleistung zu validieren und potenzielle Probleme frühzeitig im Entwurfsprozess zu erkennen. Bei IMT nutzen wir die Leistungsfähigkeit fortschrittlicher Simulationstechniken voll aus.
Unser Simulations-Know-how ermöglicht es, Entwürfe für unterschiedlichste mechanische Strukturen oder die Fluiddynamik frühzeitig in der virtuellen Welt zu testen und zu optimieren. Dies gewährleistet maximale Zuverlässigkeit und Effizienz in realen Anwendungen. Wir verstehen Simulationen als Teil des gesamten Entwicklungsprozesses. So können unsere Kunden frühzeitig fundierte, datenbasierte Konstruktionsentscheidungen treffen, die eine schnellere Markteinführung, höhere Produktqualität und erhebliche Kosteneinsparungen ermöglichen.
Strukturmechanik
Strukturmechanische Simulationen mit der FE-Methode (Finiten Elemente) ermöglichen weit mehr als die einfache Spannungs- und Dehnungsanalyse. Sie sind für uns essenzielle Instrumente zur Vorhersage von Materialversagen und gewähren wertvolle Einblicke in die Performance von Strukturen unter diversen Belastungs- und Umweltbedingungen, wie z.B. Kunststoffbauteile unter Langzeitbelastung. Durch die Kombination mit physischen Versuchen (siehe Testing und Verifikation) können wir schnell die nötigen Erkenntnisse gewinnen und so ein optimales Bauteil oder ganzes Gerät gestalten.
Fluiddynamik
Strömungssimulationen ermöglichen eine vertiefte Analyse und Prognose des Verhaltens von Flüssigkeiten und Gasen sowie deren Interaktionen mit festen Oberflächen. Mit solchen CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) können der Druckabfall und Wirbelbildung in einem Bauteil, z.B. einem Messelement für Gasmessgeräte, studiert und optimiert werden. Ausserdem wenden wir thermische Strömungssimulation zur Auslegung der konvektiven Kühlung von Geräten an (Beispiel in unserem Expert Blog). So testen wir früh im Entwicklungsprozess verschiedene Varianten und reduzieren das Risiko beim Bau des ersten Prototyps bedeutend.
Eingesetzte Technologien
- FEM-Struktursimulationen (Solidworks Simulation Professional, ANSYS Mechanical)
- CFD-Strömungssimulationen (Solidwords Flow, ANSYS Fluent)
- Mechanische Messungen (Universalprüfmaschine für Zug- und Druckversuche)
- Druck- und Flussmessungen
- Alterungsversuche
Anwendungsbeispiele
Neue Produkte
Bei der Entwicklung eines neuen Gerätes wurden erfolgreich CFD-Simulationen zur Auslegung der Kühlung der Elektronik eingesetzt (Link zu Expert Blog). Dabei wurden 4 Varianten «virtuell» mit Simulationen getestet. So konnte schon im ersten Prototyp an kritischen Komponenten eine Temperaturreduktion von bis zu 47 % im Vergleich zum Benchmark-Gerät erreicht werden.
Analyse von Herstellungsfehlern
Ein bereits im Markt eingeführtes Produkt eines Kunden erlebte im Betrieb einen unerwarteten Defekt. Die IMT wurde beauftragt, den Grund für den Bruch im Teil zu ermitteln. Dank unseren umfangreichen FE-Simulationen konnten wir schnell eine genügende Festigkeit des geschweissten Kunststoffteiles verifizieren. Dadurch konnte eine zeit- und kostenaufwändige Werkzeugänderung vermieden werden. Mithilfe unserem Testlabor konnte anschliessend die Festigkeit experimentell bestätigt werden.
Vorteile von Simulationen
Eine Simulation ist wie ein Experiment in der virtuellen Welt mit den folgenden Vorteilen.
- Kostenersparnis und beschleunigter Entwicklungsprozess: Probleme oder Fehler werden frühzeitig erkannt und behoben.
- Effizienz: Verschiedene Entwurfsszenarien können schnell bewertet und optimiert werden.
- Vertiefte Analyse: Verborgene oder schwer messbare Prozesse, z.B. Wirbelbildung in einer Strömung, werden sichtbar gemacht.
- Verbesserung des physikalischen Verständnisses: Systematisches Simulieren verschiedener Szenarien ermöglicht präzisere Einschätzung der verschiedenen physikalischen Einflüsse.
- Risikominimierung: Erhöhte Erfolgswahrscheinlichkeit von frühen Prototypen in Verifikationstests.
- Sicherheit: Gefährliche Prozesse können ohne Gefahr für Personal oder Equipment simuliert werden.
- Kostenersparnis und Nachhaltigkeit: Die Verwendung von Simulationen kann teure Fehler oder Defekte verhindern, was zu erheblichen Kosteneinsparungen und geringerem Ressourceneinsatz führt.
Kontakt
Haben Sie Herausforderungen mit der Vorhersage von Materialversagen oder der Optimierung der Fluiddynamik in Ihrem Gerätedesign? Wenden Sie sich jetzt an uns, und wir helfen Ihnen, Ihr Design bereits in der frühen Entwicklungsphase zu optimieren und die Projektrisiken deutlich zu verringern.
Dr. Maxim Mamin
Head of Business Development
Medical Devices
Benno Bieri
Chief Operating Officer &
Business Development Manager
Medical Devices, System Engineering