KEM Konstruktion 11.2016

Auf dem Cadfem-
Forum in Nürnberg
wurde die Topologieoptimierung
breit
diskutiert: Aus verschiedenen
Last -
fällen erzeugt die
Ansys-Software
ein organisch an -
mutendes Bauteil
Bild: Cadfem
Organisch anmutende Perfektion
Ein weiterer großer Vorteil der Simulation in Verbindung mit der additiven
Fertigung ist die Topologieoptimierung. Das Feature wurde
beispielsweise in der aktuellen Version 17 der Simulationssoftware
Ansys eingeführt. Dabei geht es innerhalb der Produktentwicklung
zum Beispiel darum, mit möglichst wenig Material eine maximale
Steifigkeit zu erzielen. Gleichzeitig sollen global oder lokal vorgegebene
Spannungen nicht überschritten werden. Das Ergebnis sind
optisch beinahe organisch wirkende Teile, die häufig wesentlich
leichter sind, als die Ausgangskonstruktion.
Normalerweise müssten im Rahmen der Topologieoptimierung
auch die Einschränkungen der Fertigung selbst bedacht werden, etwa
Hinterschnitte beim Fräsen oder die Auszugsrichtungen beim
Spritzguss. Additive Fertigungsverfahren bieten dagegen ungeahnte
Freiheiten, da solche Restriktionen hier nicht auftreten. Daher können
die Ergebnisse einer Topologieoptimierung häufig beinahe sofort
gedruckt werden. Die Firma Wittmann Robot Systeme verbesserte
so beispielsweise einen Vakuumgreifer. Da dieser nun wesentlich
leichter ist, kommt für ihn ein kleinerer Roboter zum Einsatz.
Aber auch hier gibt es Beschränkungen: So müssen der Drucker
selbst und das künftig verwendete Material berücksichtigt und
Stützstrukturen geplant werden, denn bei überhängenden Stellen
müsste die Maschine sonst quasi in der Luft drucken. Hier kommt
Ansys Spaceclaim ins Spiel: Die Software zeigt, wo zusätzliche
Wandstärke oder Stützen notwendig sind oder kann Bauteile, die
normalerweise vollständig massiv gefertigt sind, im Inneren mit Wabenstrukturen
in verschiedenen Varianten anlegen. Das spart Gewicht,
Material und Druckzeit.
Dass die Software aber kein Allheilmittel ist, erklärt Steve Pilz von
Ansys: „Als ein Kunde den Halter für ein Bauteil in einem Satelliten
durch unsere Topologieoptimierung schickte, konnte er schon einiges
an Gewicht einsparen. Dass er danach jedoch noch auf die Idee
kam, das Bauteil selbst in den Halter zu integrieren – was durch
3D-Druck möglich wurde und weitere
Einsparungen brachte – konnte ihm keine
Software abnehmen.“
Der Autor: Tobias Meyer ist freier
Mitarbeiter für KEM Konstruktion.
Kontakt
Cadfem GmbH
Grafing bei München
Tel +49 8092 7005-0
www.cadfem.de
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