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Technologiesymbiose - ALM (3D Druck) und simulationsgetriebene Designfindung auf der 6. EATC in Turin

ALM Vortragsreihe auf der europäischen Altair Technology Conference in Turin fand großen Anklang, Vordenker der Additiven Fertigung präsentierten ihre Entwicklungen und diskutierten über Herausforderungen Böblingen – 14. Mai 2013 – Altair, der Entwickler der bekannten HyperWorks Computer-Aided Engineering Software und Anbieter von Ingenieurdienstleistungen, hat am 23. April in Turin im Rahmen der europäischen Altair Technology Conference eine Vortragssession und einen Round Table zum Thema „Technologiesymbiose, Topologieoptimierung und ALM (Additive Layer Manufacturing)“, auch als 3D Druckverfahren bekannt, veranstaltet.

Im Rahmen der Vortragsreihe stellten ein Vertreter der Airbus Stiftungsprofessur, EADS Ingenieure, ein Vertreter von EOS, Forscher der RWTH Aachen und Mitarbeiter des ILT Fraunhofer sowie der TU Hamburg Harburg ihre Arbeiten zum Thema Additive Fertigungsverfahren vor. Durch die Session führte Dr. Ming Zouh, Vice President FE Solvers and Optimization, Altair.

Im Anschluss an die Vorträge wurde am runden Tisch unter der Leitung von Ming Zough und James Dagg, Senior Vice President of Software Development, solidThinking, diskutiert, wie das Potential der ressourcenschonenden Bauteilgestaltung, unter anderem mit simulationsgetriebenen Auslegungsmethoden, bestmöglich ausgeschöpft werden kann. Außerdem wurden wirtschaftliche Aspekte der ALM Fertigung sowie der weitere Forschungs- und Entwicklungsbedarf auf diesem Gebiet besprochen. Alle Experten waren sich einig, dass Topologieoptimierung der beste Weg ist, um das Leichtbaupotential dieser neuen Herstellungsmethoden zu erschließen.

Zu den Herausforderungen des Themengebietes und der Technologien benannten die Teilnehmer folgende Punkte:

  • Eine Vielzahl der Designer/Konstrukteure denkt noch in klassischen Fertigungsmustern und ist es bisher nicht gewohnt, in ALM Realisierungen zu denken, dies erfordert ein grundsätzliches Umdenken im Entwicklungsprozess. So gibt es, trotz der enormen Gestaltungsfreiheit auch bei ALM Fertigungsrandbedingungen, die man bei einer effizienten Bauteilgestaltung berücksichtigen muss. Zum Beispiel benötigen überhängende Strukturen im 3D Druck sogenannte Supportstrukturen, die später wieder entfernt werden müssen.
  • Die Materialeigenschaften der bei ALM verwendeten Materialien müssen besser bekannt sein, um eine effizientere Auslegung der Bauteile zu gewährleisten.
  • Zurzeit gibt es viele verschiedene ALM Technologien - 3D Druck ist nicht gleich 3D Druck. Für jeden Prozess ist es wichtig, ihn zu verstehen und die Prozessparameter zu kennen, um das Verhalten des Bauteils simulieren und voraussagen zu können.
  • Zurzeit gibt es noch keine offizielle Prozessqualifizierung, was bedeutet, dass insbesondere bei funktionskritischen Bauteilen ein enormer Aufwand zum Nachweis der Bauteilsicherheit erforderlich ist, um eine Zertifizierung zu erwirken.

Die Chancen sind jedoch offensichtlich. Besser als mit allen anderen Auslegungsmethoden lassen sich mit der Topologieoptimierung anforderungs- und lastgerechte Strukturen erstellen und ermöglichen es der Industrie, die enormen Leichtbaupotentiale, die sich durch den Einsatz von ALM Strukturen umsetzen lassen, voll auszuschöpfen. So wurden beispielsweise erste Ansätze gezeigt und diskutiert, wie die speziellen ALM Randbedingungen als Fertigungsrandbedingung in OptiStruct umgesetzt werden können, um Nachbearbeitungen zu vermeiden und den Materialeinsatz zu minimieren. Neben der Auslegung und Strukturfindung sind Materialvalidierung und vor allem die Zertifizierung der Prozesse und Bauteile eine Hürde, die es zu nehmen gilt bevor Bauteile z.B. in der Primärstruktur von Flugzeugen eingesetzt werden können. Dabei spielt das Verständnis des Fertigungsprozesses und dessen Simulierbarkeit eine große Rolle.

Trotz der Barrieren und Herausforderungen lohnt es sich, Topologieoptimierung für ALM Bauteile einzusetzen, denn das Gewichtseinsparungspotential ist enorm. So können mit den beiden Methoden bis zu 60% an Gewicht, im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Bauteilen, eingespart werden und die Weiterentwicklung der Simulations- und Produktionsmethoden verspricht eine Kostensenkung bei der bisher noch relativ kostenintensiven Herstellungsmethode.

„Das Treffen von Fertigungs- & Software-Technologieherstellern, Produktentwicklern und Forschern war ein fruchtbarer Austausch von Experten, der das gegenseitige Verständnis für die Herausforderungen und anstehenden Aufgaben verbessert hat“, sagte Mirko Bromberger, Marketing Principal, Altair. „Die Teilnehmer des sich an der Session anschließenden Round Tables sind sich einig, dass die beiden Technologien Topologieoptimierung und ALM eine symbiotische Verbindung darstellen und haben festgestellt, dass die Topologieoptimierung beim Design von ALM Bauteilen zur Standardvorgehensweise werden sollte.“

"Wenn man sich all die Ergebnisse des Round Tables und der Session ansieht, wird deutlich, dass Topologieoptimierung in der Tat der beste Weg ist, um das Leichtbaupotential dieser neuen Herstellungsmethoden zu erschließen“, sagte Wolfgang Machunze, EADS. “Auch wenn sich gezeigt hat, dass der Prozess von Strukturidentifizierung zur Strukturumsetzung noch etwas Ausarbeitung bedarf, ist die symbiotische Kombination beider Technologien offensichtlich.”

Die Vorträge der ALM Session von Technologieherstellern, Anwendern und Forschungsinstituten sind in kürze auf der Eventwebsite einsehbar und umfassen im Detail folgende Präsentationen: