Key Words: LPBF, Design for AM, Topologieoptimierung, Bionik, Funktionsintegration

Generatives Design: Neue Fertigungsverfahren eröffnen neue Designwege

Das Additive Manufacturing (AM) bietet die Möglichkeit, nahezu beliebig komplexe Bauteile herzustellen. Um das volle Potential dieser bahnbrechenden Technologie auszuschöpfen und es wirtschaftlich zu nutzen, muss die Produktentwicklung – und hier insbesondere der Konstruktionsprozess – die Möglichkeiten additiver Fertigung vollumfänglich verwerten. Zugleich müssen jedoch die aus dem Verfahren resultierenden Fertigungsrestriktionen und Anwendungsanforderungen berücksichtigt werden. Generatives Design unterstützt den Konstrukteur, diese vielseitigen Produktanforderungen bei der Designentwicklung zu erfüllen, sodass generativ ausgelegte, fertigungsseitig darstellbare geometrische Komplexität zu völlig neuen Designansätzen führen. Diese lassen sich allerdings nur unter Zuhilfenahme eigens entwickelter Algorithmen umsetzen lassen. Der Konstrukteur ist bei der Erstellung der komplexen Geometrien auf diese Algorithmen angewiesen, da etwa die manuelle Erzeugung einer bionischen Gitterstruktur in konventionellen CAD-Umgebungen kaum möglich ist. So erfreuen sich heute Methoden der Topologieoptimierung, die in die CAD-Umgebung integriert werden, großer Beliebtheit. Aus einer simulationsgestützten Bauteilauslegung in vielfältigen Optimierungsdomänen ergeben sich hochkomplexe, häufig bionische, Strukturen, die nur mittels AM-Prozessen hergestellt werden können.

Generatives Design ist aber nicht nur auf Bionik beschränkt: Anwendungsfälle aus dem Bereich der Funktionsintegration, wie etwa konturnahe Kühlsysteme, oder Leichtbaustrukturen (oberflächen- oder gitterbasierte Strukturen), fallen ebenfalls in diese Kategorie. Auch hier bestehen trotz der hohen geometrischen Freiheitsgrade von AM weiterhin Fertigungsrestriktionen, die mittels Generativen Designs bereits in der Konstruktionsphase berücksichtigt werden, um zeit- und kostenintensive Iterationsschleifen zu vermeiden.
Am RWTH Aachen Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP stehen zur Unterstützung des AM-optimalen Konstruktionsprozesses verschiedene kommerzielle Softwaretools zur Verfügung (Grasshopper, Siemens NX, 3DXpert, Netfabb). Darüber hinaus werden am Lehrstuhl DAP kundenindividuelle, in bestehende Softwareumgebungen integrierbare Lösungen für die computergestützte Bauteilkonstruktion erarbeitet. Hierfür steht eine umfassende Datenbank mit Materialkennwerten, Fertigungsrestriktionen und Prozessparametern zur Verfügung. Gerne unterstützen wir Sie im Rahmen von Projekten, Schulungen und Softwareentwicklungen in der Konzeptionierung, Auslegung und
anschließenden Fertigung innovativer generativer Designs.