Smarte digitale Materialien:
Intelligent wachsende Gitterstrukturen für additive und subtraktive Fertigungsverfahren

Industrie 4.0 und Digitalisierung sind Schlagworte der industriellen Zukunft. Die Fertigung auf Basis digitaler Daten revolutioniert die produzierende Industrie. Sogenannte digitale Materialien sind der Werkstoff dieser Daten. Zu ihnen zählen Gitterstrukturen, die mithilfe von CAD-Software erzeugt und in das Bauteilvolumen integriert werden. Sie ermöglichen einen robusten Aufbau von Komponenten und gleichzeitig die Reduktion von Gewicht. Intelligent wachsende Gitterstrukturen, die nahezu automatisch unter Berücksichtigung von material- und maschinenspezifischen Eigenschaften, Belastungsart sowie Fertigungseinschränkungen generiert werden, sind ein Meilenstein in dieser Entwicklung – er ist den Partnern aus Wissenschaft und Industrie gemeinsam im Forschungscampus Digital Photonic Production gelungen. Vereinfacht dargestellt werden Gitterstrukturen bisher erzeugt, indem geometrisch bestimmte Elementarzellen vervielfacht werden. In einem weiteren Schritt wird die Außenhülle des Bauteils über dieses homogene Gitter gelegt und nicht benötigte Strukturen außerhalb der Bauteilgrenzen werden entfernt, um den geometrischen Raum des Bauteils auszufüllen. Zonen, in denen die Belastung des Bauteils höher ist, benötigen jedoch eine andere Gittergeometrie und teilweise dickere Strebendurchmesser als diejenigen, in denen die Belastung des Bauteils niedriger ist. Derzeitig müssen solche Zonen manuell angepasst oder durch

sogenannte „attraction points“ unter hohem Zeitaufwand in die CAD-Bauteilplanung eingefügt werden. Die so definierten anwendungsspezifischen Eigenschaften der Gitterstrukturen müssen bei jeglicher Änderung der Geometrie erneut manuell angepasst und qualifiziert werden, weshalb die Entwicklungszeiten neuer Produkte oftmals lange Vorlaufzeiten in Anspruch nehmen. Darüber hinaus überschreiten die dabei entstehenden Datenmengen oftmals die Kapazität gängiger Hardware.

Den Partnern rund um das Teilprojekt DPP Digitale Photonische Prozesskette (DPP2) ist es nun gelungen, Gitterstrukturen intelligent wachsen zu lassen. Prozedurale Strukturen, die Algorithmus-basiert in einer CAD-Software generiert werden, sind der Schlüssel in diesem Ansatz. Anhand des Algorithmus ist es möglich, das Bauteilvolumen nahezu automatisch mit applikationsspezifischen Gitterstrukturen auszufüllen. In Echtzeit können die intelligent wachsenden Strukturen in das Bauteil eingebracht werden und der Konstrukteur hat unmittelbar die Möglichkeit, das Design zu überprüfen und eventuell notwendige Anpassungen vorzunehmen. So werden Entwicklungszyklen maßgeblich verkürzt. Darüber hinaus werden die Datenmengen durch die Verwendung eines vereinfachten und einheitlichen Datenformats deutlich reduziert und eine durchgängige und nachvollziehbare Prozesskette bis zur Maschine ermöglicht.

Partner dieser
Forschungsarbeit

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