FORAnGen

Bayerischer FORschungsverbund zur Auslegung nachhaltiger Produkte mittels Generative Design

Teilprojekt 5: Montage- und fertigungsgerechte Topologieoptimierung

Das TP 5 untersucht, wie Verbindungstechnik im Rahmen des fertigungsbewussten Generative Design berücksichtigt werden kann und welche Möglichkeiten sich mit Blick auf Nachhaltigkeit und Herstellung für zukünftige Produkte hierdurch ergeben. Es sollen Verbindungtechniken betrachtet werden, welche idealisiert punktförmige Verbindungen zwischen zwei Fügepartnern ohne Stoffschluss herstellen, etwa mittels Schrauben oder Nieten. Dem TP 5 liegen vier Schwerpunkte zugrunde. Erstens, die Modellierung von Verbindungstechnik und Einbindung in das Generative Design. Dies soll am Beispiel additiver Pulverbettverfahren, etwa LPBF oder Metal Binder Jetting, untersucht werden. Einerseits erlaubt die additive Fertigung die gegenwärtig größte gestalterische Freiheit, dies bedeutet zunächst weniger Fertigungsrandbedingungen und damit eine wünschenswerte, stärkere Fokussierung auf Verbindungstechnik. Andererseits bestehen Einschränkungen hinsichtlich der wirtschaftlich und technisch realisierbaren Bauteilabmessungen, sodass der Verbindungstechnik zur Verwirklichung größerer, strukturell effizienter Bauteile eine erhebliche Bedeutung zukommt.
Zweitens, die Identifikation und Charakterisierung des Einflusses von Verbindungstechnik auf den CO2-Fußabdruck von Produkten, welche mittels Generative Design entworfen wurden. Hierbei soll der gesamte Produktlebenszyklus berücksichtigt werden. Drittens, die Überführung von Produktanforderungen in Optimierungsprobleme. Die Aufbereitung eines technischen Problems in ein formales Auslegungs- bzw. Optimierungsproblem ist der wichtigste Schritt im Rahmen des Generative Design und liegt in der Verantwortung des Ingenieurs. Verbindungstechnik muss hierbei zwingend in geeignet formalisierter Form berücksichtigt werden. Eine systematische Vorgehensweise unter Einbeziehung der Fertigung, ist zu entwickeln. Dies soll am Beispiel der hybriden additiven Fertigung, der Kombination aus einem additiven und einem nicht-additiven Fertigungsverfahren, ausgeführt werden. Viertens, Einsatz von Verbindungstechnik unter Fertigungsrandbedingungen für nicht-hybride Verfahren. Fertigungsrandbedingungen stellen eine erhebliche, nicht-triviale Einschränkung des dem Generative Design zur Verfügung stehenden Lösungsraumes dar, die Konsequenzen für ein optimales Verbindungskonzept sind zu untersuchen. Dies soll am Beispiel der Additiven Fertigung umgesetzt werden. Mögliche Demonstratorbauteile wären ein Getriebequerträger mit dynamischen Steifigkeitsanforderungen, Komponenten für einen Schraubautomaten und ein Ventilblock für Hydraulikanwendungen.

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