SOLIDWORKS MODSIM Tablet-Design: Virtuelle Zwillingsverdichtung

ChampionXperience Team

29. Juni 2026 6 Minuten Lesezeit

Haben Sie schon einmal genauer hingesehen? Die Vielfalt an Tablettenformen, -größen und -beschichtungen ist nicht nur eine Designentscheidung, sondern eine ausgeklügelte funktionale Anforderung. Schon geringfügige Änderungen an der Tablettenform können die Auflösungsgeschwindigkeit, die Schluckbarkeit und die Wirksamkeit der Wirkstofffreisetzung grundlegend beeinflussen.

Jahrzehntelang kämpften Pharmaunternehmen mit einem massiven Engpass: dem mühsamen Ausprobieren verschiedener Methoden bei der Tablettenpressung. Die Entwicklung einer Tablette, die während der Hochgeschwindigkeitsproduktion nicht zerbröselt, absplittert oder verklebt, erforderte bisher wochenlange, kostspielige Labortests. Doch dieses Paradigma ändert sich. Durch die Integration von Unified Modeling and Simulation (MODSIM) in die 3DEXPERIENCE Plattform revolutioniert Dassault Systèmes die Zusammenarbeit von Werkzeugkonstrukteuren und Formulierungsexperten bei der Entwicklung der nächsten Generation lebensrettender Therapien.

Die hohen Kosten der physikalischen Tablettenverdichtung

In einer typischen Produktionsanlage erscheint der Tablettierungsprozess unkompliziert. Das pharmazeutische Pulver wird gemischt, in eine Matrize gefüllt, leicht vorverdichtet und anschließend unter hohem Druck verpresst, um die fertige Tablette zu formen. Abschließend wird die Tablette aus der Maschine ausgeworfen.

In Wirklichkeit ist dieser Hochgeschwindigkeits-Prozess ein Minenfeld für Fehler. Die extremen Drücke und die damit einhergehende Freisetzung von Kräften führen oft zu schwerwiegenden Produktionsfehlern:

Verschluss: Die Ober- oder Unterseite der Tablette lässt sich horizontal trennen.
Laminierung: Das Tablet teilt sich in mehrere separate Schichten.
Absplittern und Ankleben: An den Kanten brechen Stücke der Tablette ab oder bleiben an den Stanzflächen haften.

Traditionell mussten Formulierungsexperten eine Standardform für die Tablettenherstellung auswählen, physikalische Kompaktierungstests im Labor durchführen und die physikalischen Eigenschaften wie Härte und Abriebfestigkeit bewerten. Falls die Tablette nicht den gewünschten Erfolg brachte, mussten sie die Formgebung überarbeiten und den Prozess von vorn beginnen. Dieser iterative Zyklus ist extrem langsam, führt zu Verschwendung wertvoller pharmazeutischer Wirkstoffe und verzögert die Verfügbarkeit lebenswichtiger Medikamente für die Patienten.

Was ist MODSIM und warum ist es für die Pharmabranche wichtig?

Hier setzt MODSIM an. Anstatt computergestütztes Design (CAD) und computergestützte Entwicklung (CAE) als zwei getrennte, voneinander isolierte Abteilungen zu betrachten, vereint MODSIM sie in einem einzigen Datenmodell. Früher erstellte ein Konstrukteur ein CAD-Modell und übergab es einem Simulationsspezialisten, der die Datei übersetzen, die Geometrie bereinigen und das Netz von Grund auf neu erstellen musste. War eine Designänderung nötig, wiederholte sich dieser mühsame Prozess, wie Branchenexperten bei GoEngineer detailliert beschreiben.

Durch die direkte Integration SOLIDWORKS mit den fortschrittlichen SIMULIA Abaqus -Solvern auf der 3DEXPERIENCE Plattform schafft MODSIM eine zentrale Datenquelle. Ändert ein Werkzeugkonstrukteur den Radius einer Tablette in SOLIDWORKS, wird das zugrunde liegende Simulationsmodell automatisch aktualisiert. Diese vereinfachte Simulation ermöglicht es auch Formulierungsexperten – die keine Experten für Finite-Elemente-Analyse (FEA) sind – komplexe physikbasierte Validierungen bereits in der frühen Entwurfsphase durchzuführen.

Der 4-stufige MODSIM-Workflow für Tablet-Design

Um das physische Ausprobieren zu umgehen, hat Dassault Systèmes einen optimierten, vierstufigen virtuellen Prototyping-Workflow auf der 3DEXPERIENCE Plattform entwickelt.

1. Erstellung eines parametrischen Modells

Alles beginnt mit der Geometrie. Konstrukteure können parametrische Werkzeugbaugruppen direkt in SOLIDWORKS oder der 3DEXPERIENCE -Plattform erstellen. SOLIDWORKS Anwender können dies auf zwei Arten nutzen:

Gleichzeitige Designänderungen: Führen Sie eine Simulation auf Basis eines Basisdesigns durch, modifizieren Sie die Geometrie in SOLIDWORKS basierend auf Spannungsspitzen und aktualisieren Sie das Simulationsmodell sofort, ohne die Randbedingungen neu zu berechnen.
Parametrische Designstudien: Mit derSOLIDWORKS Designapp können Sie automatisierte Designuntersuchungen durchführen, indem Sie Dimensionen wie Konvexität und Dicke sowie Simulationsparameter variieren, um die optimale Form zu finden.

2. Materialkalibrierung

Die Pulververdichtung ist ein äußerst komplexer Prozess. Sie umfasst den Übergang von einer anfänglichen Partikelumlagerung zu einer elastisch-plastischen Verformung, gefolgt von einer nichtlinearen elastischen Erholung (Dilatation) nach dem Wegfall der Verdichtungskraft. Um dieses Verhalten abzubilden, nutzt der Workflow das integrierte Drucker-Prager-Modell mit Cap Plasticity. Mithilfe der Materialkalibrierungs-App der Plattform können Formulierungsexperten ohne Promotion in Materialwissenschaften einfach physikalische Testdaten eingeben, um diese fortschrittlichen Materialmodelle zu kalibrieren.

3. Aufbau der Verdichtungssimulation

Nachdem Geometrie und Materialeigenschaften festgelegt wurden, bildet die Simulation den physikalischen Stempel- und Matrizenprozess nach. Die Software berechnet wichtige Leistungsindikatoren (KPIs) wie die relative Dichteverteilung, Spannungskonzentrationszonen und Ausstoßkräfte. Dadurch können Ingenieure potenzielle Anhaftungs- oder Verklemmungszonen erkennen, bevor ein einziges Werkzeug zum Einsatz kommt.

4. Demokratisierung der Tablettenverdichtung

Durch die Nutzung der Rolle des multidisziplinären Optimierungsingenieurs können Simulationsspezialisten diese komplexen FEA-Setups in standardisierte, wiederverwendbare Vorlagen packen. Ein Formulierungsentwickler kann einfach seine SOLIDWORKS -CAD-Bibliothek importieren, das vorkalibrierte Pulvermaterial auswählen, die Vorlage ausführen und sofort überprüfen, ob das Design die erforderlichen Spezifikationen für relative Dichte und Dicke erfüllt.

Flach vs. konvex: Eine Fallstudie

Um diesen Arbeitsablauf in der Praxis zu veranschaulichen, betrachten wir eine Fallstudie, in der drei verschiedene Tablettengeometrien verglichen werden, die ein strenges Ziel für Dicke und relative Dichte erfüllen. Die relative Dichte ist entscheidend: Ist sie zu gering, splittert die Tablette; ist die Dichteverteilung ungleichmäßig, kann sie kleben bleiben oder abplatzen.

Tablet-Designvariante	Geometrietyp	Erreichte relative Dichte	Dickenziel erreicht?	Fertigungsrisiko / Urteil
Flache Oberfläche	Ebene Oberflächen	0,751 (Niedrig)	Ja	Hohes Risiko von Kantenausbrüchen beim Auswerfen. Ausgeschieden.
Konvexe Variante 1	Hohe Konvexität	Nicht-uniforme Verteilung	NEIN	Hohes Risiko, in der Mitte stecken zu bleiben. Abgelehnt.
Konvexe Variante 2	Optimierte niedrige Konvexität	Gleichverteilung	Ja	Ausgezeichnete Verdichtung, geringes Fehlerrisiko. Zugelassen.

Wie die Simulationsergebnisse zeigen, erfüllte die Tablette mit flacher Oberfläche zwar die Dickenanforderung, wies jedoch eine geringe relative Dichte auf, wodurch die Gefahr von Kantenabsplitterungen bestand. Die konvexe Variante 1 zeigte eine zu starke Krümmung, was zu einer ungleichmäßigen Dichte in der Mitte und einem hohen Risiko des Verklebens führte. Nur die konvexe Variante 2 – mit ihrer optimierten, reduzierten Krümmung – erreichte sowohl eine gleichmäßige Dichte als auch die korrekte Dicke und erwies sich somit als die am besten herstellbare Variante.

Die Zukunft virtueller Zwillinge in den Lebenswissenschaften

Der Übergang von physikalischen Verdichtungstests zu virtuellen Zwillingen ist ein Wendepunkt für die Pharmabranche. Durch die Einführung eines einheitlichen Workflows SOLIDWORKS und 3DEXPERIENCE MODSIM können Unternehmen ihre Entwicklungszeiten drastisch verkürzen, wertvolle Wirkstoffe schützen und personalisierte Therapien schneller auf den Markt bringen.

Für einen tieferen Einblick in die Transformation anderer stark regulierter Branchen durch einheitliche Modellierung und Simulation besuchen Sie den offiziellen Dassault Systèmes SIMULIA Blog.

Sind Sie bereit, die Silos zwischen Ihren Design- und Simulationsteams aufzubrechen? Wie könnte ein einheitlicher MODSIM-Workflow Ihren aktuellen Produktentwicklungszyklus verändern? Teilen Sie uns Ihre Meinung in den Kommentaren mit!