Advertorial - Altair: Konstruktion für den 3D Druck Technologiesymbiose Topologieoptimierung und additive Fertigung

Autor / Redakteur: Altair / Benza Banjac

Mit additiven Fertigungsverfahren ist es möglich, komplexe Strukturen herzustellen, die mit konventionellen Methoden nicht oder nur mit hohem Aufwand erzeugt werden können. So können in bisher unerreichtem Umfang Leichtbaustrategien umgesetzt oder Leistungssteigerungen bei einem Bauteil erreicht werden. Ein enormer Vorteil der additiven Fertigung ist es, dass bei der Gestaltung und Optimierung der Bauteile deutlich weniger Fertigungsrestriktionen beachtet werden müssen als bei konventionellen Fertigungsmethoden.

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Hardmark optimization process 3D printed component
Hardmark optimization process 3D printed component
(Bild: Altair, Hardmark)

Um die Vorteile der additiven Fertigungsmethoden im vollen Umfang zu nutzen und das Leichtbau- und Leistungssteigerungspotenzial dieser Fertigungsmethode vollständig auszuschöpfen, ist es jedoch wichtig, dass die Bauteile im Vorfeld mittels Topologieoptimierung ausgelegt und optimiert werden. Altair hat eine Methode, den sogenannten simulationsgetriebenen Designprozess, entwickelt, mit der es möglich ist, die Gestaltungsfreiheiten der additiven Fertigung zu nutzen, Leichtbaupotentiale auszuschöpfen und Leistungssteigerungen zu erzielen und dabei gleichzeitig alle Gestaltungsrichtlinien und Randbedingungen zu berücksichtigen, die bei der Auslegung eines additiv gefertigten Bauteils beachtet werden müssen.

Ein weiterer Nutzen der Technologiesymbiose aus additiver Fertigung und Topologieoptimierung liegt in schlankeren Entwicklungsprozessen und einer deutlichen Aufwandsreduzierung bei der Gestaltung neuer Produkte. Sowohl Ersatzteile als auch komplette Kleinserien können so in kürzerer Zeit entwickelt und im additiven Verfahren gefertigt werden. Durch die konsequent lastgerechte Gestaltung und die direkte Umsetzung in der Fertigung können Leichtbaustrategien in allen Industrien einfacher implementiert werden. Leichtere Produkte führen zu geringerem Materialeinsatz und zu Energieeinsparungen in der Produktion sowie bei der späteren Nutzung der Produkte. Im Gegensatz zu konventionellen Fertigungsverfahren entsteht beim 3D Druck kaum Materialabfall, so kann z.B. nicht verwendetes Metallpulver aus der Laser-additiven Fertigung zu 95-98 Prozent im nächsten Fertigungsprozess wiederverwendet werden.

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Das Interesse an einem optimierten Einsatz additiver Fertigungstechnologien ist insbesondere in den Branchen sehr hoch, in denen die Produktanforderungen stark gewichtsgetrieben sind, wie zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobil- und Transportindustrie. So erhöht beispielsweise jede Gewichtsreduktion im Luftfahrtbereich die Treibstoffeffizienz/Reichweite oder die Transportkapazität eines Flugzeuges. Aber auch in anderen Branchen ist heutzutage der Leichtbau eines der wesentlichen Entwicklungsziele, so dass der mögliche Einsatzbereich dieser Technologiesymbiose eine sehr grosse Bandbreite aufweist.

Seinen simulationsgetriebenen Designprozess, die Werkzeuge OptiStruct und solidThinking Inspire und Praxisbeispiele für das Design additiv gefertigter Bauteile, unter anderem von RUAG Space, dem LZN, EOS, und Renishaw, präsentiert Altair am 20.10.2015 in Baden in der Schweiz auf seinem Informationstag zum Thema "Bionische Konstruktion für den 3D Druck".

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