futureAM - Fraunhofer IAPT

Mit dem Fraunhofer-Leitprojekt futureAM treibt die Fraunhofer-Gesellschaft die Weiterentwicklung der additiven Fertigung metallischer Bauteile systematisch voran! Dazu sind sechs erfahrene Institute im Bereich additive Fertigung eine strategische Projektpartnerschaft eingegangen.

Ziel des Fraunhofer IAPT im Projekt ist das Vorantreiben der Digitalisierung der additiven Fertigung entlang der gesamten Prozesskette mit Hilfe von Industrie 4.0 Technologien. Die Hauptzielstellungen sind:

AutoPartIO: Digitales Pre-Processing

Automatisierung von Bauteilselektion bezüglich AM-Potential
Automatisierung von Bauteiloptimierung durch eine erweiterbare Toolbox

Digitale Qualitätssicherung

Beurteilung der Bauteilqualität in Form der zu erwartenden Lebensdauer auf Basis von Daten aus der Prozessüberwachung
Entwicklung eines Tools zur Lebensdauervorhersage auf der Basis von bauteilspezifischen Defekten und Kenntnis der Anforderungen

Vernetzte Prozesskette auf Basis eines Digitalen Zwillings

Digitale Nachbildung der physischen Prozesskette mit Hilfe von speziellen Datenmodellen
Vollständige Nachvollziehbarkeit und Transparenz in der digitalen Prozesskette

AutoPartIO: Digitales Pre-Processing#

Ziel ist die Entwicklung einer erweiterbaren Toolbox zur Simulation und Optimierung von AM-Bauteilen. Zunächst wird die Topologieoptimierung grundlegend mathematisch implementiert. Neben dem klassischen Ziel der Steifigkeitsoptimierung für den Leichtbau, werden auch Bionikelemente, Wärmetransport- und strömungsmechanische Problemstellungen betrachtet.

Bionik und Funktionen#

© Fraunhofer IAPT
Substitution durch Bionische Elemente mit Hilfe von Topologieoptimierung

Bionische Elemente können gegenüber der klassischen Topologieoptimierung zusätzlich positive Effekte erzeugen. Um solche bionische Grundformen nutzbar zu machen, müssen diese identifiziert und parametrisiert werden. Es ist es zielführend Bereiche gleicher Belastungsart durch geeignete bionische Features zu substituieren.

Die technische Abstraktion des biologischen Vorbildes und dessen parametrische Optimierung legt den Grundstein für diese Substitution. Auf diese Weise wird das volle Leichtbaupotential bionischer Formgebung ausgenutzt.

Restriktionen und Topologie#

In der etablierten Topologieoptimierung werden prozess-, material- und anlagenspezifischen Eigenheiten und Restriktionen der Additiven Fertigung derzeit noch nicht ausreichend betrachtet. Es werden neue multifunktionale Zielfunktionen entwickelt, welche die direkte 3D-Druckbarkeit sicherstellen.

Computer-Aided-Function Modul#

Die gesammelten Software Bausteine sollen des Weiteren in einer grafischen Benutzeroberfläche dem Nutzer zugänglich gemacht werden, um ohne umfassende Kenntnisse über AM, dennoch die Vorteile nutzen und eine Potentialabschätzung treffen zu können. Dies ist in Anlehnung an das Computer-Aided Design (CAD) unter dem Begriff Computer-Aided Function (CAF) zusammengefasst. Um dieses Ziel zu erreichen wurden zunächst die Aufgaben spezifiziert und die zu implementierenden Funktionen ausgearbeitet. Hierzu technische Applikationen wie aktive und passive Kühlkörper, Wärmetauscher und Strömungskörper wie die Venturi-Düse und die Mewis-Düse eines Schiffspropellers. Des Weiteren sollen die obengenannten parametrisierten bionischen Features und die Topologieoptimierung mit Rücksichtnahme auf prozess- und materialspezifische Restriktionen eingebaut werden. Um die Materialkennwerte und Restriktionen auf eine Anlage-Prozess-Material-Kombination kalibrieren zu können, wird weitergehend ein Satz an Prüfkörpern (CAF-Development Kit) zusammengestellt, mit dessen Hilfe die relevanten Kennwerte bestimmt werden können.