Zuverlässigkeit in der generativen Fertigung

© Foto Felizitas Gemetz/Fraunhofer IWM

Ein generativ gefertigter, bionisch inspirierter Stuhl wird am Fraunhofer IWM auf seine Belastbarkeit getestet. Modellgröße: 40% des Originals.

Generative Fertigungsverfahren gewinnen bei der Herstellung von Kleinserien maßgeschneiderter Bauteile und der Fertigung komplexer Bauteilstrukturen an Bedeutung. Der Übergang vom Rapid Prototyping zum Rapid Manufacturing erfordert, dass die gefertigten Teile einer zuverlässigen und definierten Qualitätskontrolle unterzogen werden. Dazu beschreiben wir experimentell und rechnerisch die Eigenspannungen und Formverzüge, die durch den schichtweisen Aufbau von Bauteilen im selektiven Laserschmelz(SLM)-Verfahren oder in der Stereolithographie entstehen Weiterhin untersuchen wir mithilfe von Finite-Elemente-Methoden und »computer aided optimization« die mechanischen Eigenschaften komplexer Strukturen, wie sie durch generative Verfahren erzeugt werden können. Durch eine belastungsgerechte und funktionsoptimierte Auslegung werden funktionstüchtige Bauteile für das »Internet der Dinge« ermöglicht.

Jaeger, R.; Koplin, C.; Brand, M.; Meiners, W.; Jansen, S.; Improving the Reliability in Rapid Manufacturing of metallic Components, in Proc. of Euro-uRapid 2007, International User’s Conference on Rapid Prototyping and Rapid Tooling and Rapid Manufacturing (2007)

Koplin, C.; Gurr, M.; Mülhaupt, R.; Jaeger, C. R.; Shape accuracy in stereolithography: A material model for the curing behavior of photo-initiated resins, in Proc. of Euro-uRapid International 2008, User’s Conference on Rapid Prototyping and Rapid Tooling and Rapid Manufacturing (2008) 315-318 Link

Unterthemen

Auslegung für generative Fertigungsverfahren und bionische Strukturen

Biomimetische - von der Natur inspirierte - Strukturen können aufgrund ihrer Geometrie gut mit additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden. Als Demonstrator für ein generativ gefertigtes Bauteil mit Zellenstruktur wurde am Fraunhofer IWM ein bionisch ausgelegter Freischwinger (Stuhl) ausgelegt. Hierzu wurde eine Software für die »computer aided optimization (CAO)« entwickelt, die die zelluläre Struktur, auch großer Bauteile, effizient bewertet und den Belastungen entsprechend optimiert.

Künstliche Adersysteme und Blutgefäßersatz

Die Versorgung von Gewebe mit Nährstoffen durch ein Adersystem (Vaskularisation) ist eine aktuelle Herausforderung im Tissue Engineering. Das Fraunhofer IWM ist an Projekten beteiligt, deren Ziel die additive Fertigung eines Blutgefäßsystems zur Versorgung von in vitro gezüchtetem Gewebe ist. Wir bestimmen die optimale Topologie des Blutgefäßsystems und optimieren die lokale Geometrie der Verzweigungen, um bestmögliche fluid-mechanische Flussbedingungen zu erreichen. Die mechanischen Eigenschaften künstlicher Blutgefäße und die Diffusion von Nährstoffen durch Hydrogele und Vliese zur Versorgung der Zellen werden experimentell untersucht. Das künstliche Blutgefäßsystem soll zukünftig die »Biofabrication« von Gewebemodellen, und  Transplantaten ermöglichen.

Der Kunde als Designer

Additive Fertigungsverfahren entwickeln sich zu einem wesentlichen Treiber der partizipativen Fertigung, »mass customization« und »open innovation«. Individualisierte Produkte oder Ersatzteile können prinzipiell von jedem am Computer entworfen und anschließend mit dem eigenen 3D-Drucker, in einem FabLab oder durch einen Lohnfertiger generativ hergestellt werden. Aber nicht jeder ist ein fähiger Ingenieur oder ein guter Designer. Wir arbeiten an Grundlagen für Softwaretools, die die belastungsgerechte Auslegung von Bauteilen durch den Endanwender vereinfachen.