Die Topologieoptimierung von Bauteilen hat durch die additive Fertigung einen deutlichen Schub erhalten. Die Bauteilentwicklung lässt sich jedoch noch beschleunigen, wenn fertigungsbedingte Restriktionen bereits in der Optimierung berücksichtigt werden, schreibt der Autor Thomas Siebel in einer Beitrag für Springer Professional. Dann lassen sich Strukturen oft selbst mit additiven Verfahren überhaupt nicht oder zumindest nur noch mit großem Aufwand fertigen. Siebel verweist in seinem Artikel auf Fritz Lange (ehemals Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT, jetzt CEO von 3D Spark). Dieser nennt im Buch „Prozessgerechte Topologieoptimierung für die Additive Fertigung“ (Springer Verlag) eine Reihe von fertigungsbedingten Restriktionen am Beispiel des selektiven Laserschmelzens:
- Die einzuhaltenden minimalen Wandstärken sind abhängig vom Durchmesser des Laserstrahlfokus und den Materialeigenschaften.
- Mögliche Überhangwinkel ergeben sich aus der Tragfähigkeit darunter liegender Materialschichten.
- Interne Stützstrukturen lassen sich teilweise schwer entfernen, dennoch müssen größere Bohrungen und Kanäle damit stabilisiert werden.
- Damit das überschüssige Pulver nach dem Druck entfernt werden kann, sollten geschlossene und schlecht zugängliche Kavitäten vermieden werden.
Die Entwicklungszeit von additiven Bauteilen lässt sich laut Lange um bis zu 40 Prozent verkürzen, wenn man derartige fertigungsbedingte Restriktionen in Optimierungs- und Konstruktionsprogramme integriert. Die komplette Prozesskette von der Topologieoptimierung über die Konstruktion bis zur additiven Fertigung müsse zu diesem Zweck weiter geschlossen werden.
Der Autor gibt in dem Buch auch Hinweise, wie dies bewerkstelligt werden kann. So beschreibt er eine Methodik, mit deren Hilfe stoffschlüssige Bauteile hergestellt werden können. Dies wiederum unterstützt die Optimierung der Wärmeleitung. Ein weiterer Optimierungsansatz besteht in einer Methodik, mit deren Hilfe die Oberfläche selbst fein verästelter Geometrien in wärmeleitungsoptimierten Strukturen verbessert werden kann.
Bild oben: Im Pulverbettverfahren gefertigte, wärmeleitoptimierte Kühlstruktur (Quelle: Fraunhofer IAPT/Springer Professional)
Quelle und weiter Infos: Springer Professional