Additiv gefertigte Bauteile müssen häufig spanend nachbearbeitet werden, um Form- und Lagetoleranzen sowie Oberflächenqualitäten zu erreichen. Bei sehr materialeffizient gefertigten Bauteilen und zur Schwingung neigenden Geometrien stößt die spanende Bearbeitung allerdings an Grenzen. Die Kombination beider Fertigungsverfahren erfordert eine aufwändige Prozessplanung und einen Abstimmungsbedarf zwischen den Verfahren, um wirtschaftliche und qualitativ hochwertige Produkte herzustellen. Gezielte Versteifungsstrukturen können eine spanende Bearbeitung von zu Schwingungen neigenden Bauteilen ermöglichen.
Im Projekt „Optiwas“ soll nun eine Methodik entwickelt werden, um beide Prozesse besser kombinieren zu können. Die Wirkbeziehungen beider Fertigungsverfahren werden dazu analysiert Dazu haben die Projektmitarbeitenden haben in ihren Vorversuchen einen dünnwandigen, langauskragenden Balken mittels einer FEM-Simulation untersucht. Dabei wurde eine harmonische Anregung, wie sie bei der Fräsbearbeitung entsteht, angenommen und die Schwingungsform des Balkens mit und ohne Versteifungen verglichen.
„Unsere Ergebnisse haben gezeigt, dass die Versteifungen zu einer signifikanten Reduzierung von Schwingungen und Verformungen während der Bearbeitung führen.“
Julia Huuk vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover (LUH).
Die Ergebnisse fließen in den Produktentwicklungsprozess der nachfolgenden Produktgeneration ein. Hierbei wird der Ansatz der „Technischen Vererbung“ verwendet, der zuvor im Sonderforschungsbereich 653 „Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus“ entwickelt wurde. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werden gezielt Versteifungsstrukturen in der additiven Fertigung vorsehen, um während der spanenden Bearbeitung auftretende Schwingungen zu vermindern und die Qualität und Effizienz bei der Herstellung der Funktionsflächen zu steigern. Die finale Bauteilgeometrie wird dabei nicht verändert, da die Versteifungsstrukturen nach der Bearbeitung wieder entfernt werden. Dies ermöglicht die optimale Nutzung der gestalterischen Freiheiten der additiven Fertigung – auch für materialeffiziente, leichte Bauteile.
Bild oben: Abbildung eines per selektivem Laserschmelzen (SLM) hergestellten Balkens (links) und erste Ergebnisse der Modalanalyse durch FEM-Simulation (mitte und rechts) (Quelle: Leibniz Universität Hannover)
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
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