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Projekt Bionic Aircraft Durchgängige Prozesskette für Additive Fertigung

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Das europäische Forschungsprojekt „Bionic Aircraft“ hat einen weiteren Meilenstein für die Additive Fertigung erreicht: Erstmals lassen sich Bauteile direkt aus dem CAD-System Catia V5 drucken.

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Das europäische Forschungsprojekt Bionic Aircraft will die breite Anwendung von additiver Fertigung in der Luftfahrt-Industrie ermöglichen.
Das europäische Forschungsprojekt Bionic Aircraft will die breite Anwendung von additiver Fertigung in der Luftfahrt-Industrie ermöglichen.
(Bild: Airbus S.A.S.)

Möglich macht das eine von Cenit entwickelte Schnittstelle. Damit muss die Entwicklungsumgebung nicht mehr verlassen werden, sämtliche Prozessschritte, inklusive Nachbearbeitung, lassen sich in Catia V5 abbilden. Für das Entfernen der Stützstrukturen in der Nachbearbeitung der 3D-Teile stehen exakte Daten in Catia V5 bereit – aufwändige Nachkonstruktionen des Modells und der Stützstrukturen werden vermieden.

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Geschlossene Prozesskette gleich weniger Kosten

Künftige Anwender können durch die geschlossene Prozesskette für die Additive Fertigung ihren Zeit- und Kostenaufwand senken, weil sich die Entwicklung eines Teiles bis zur Serienreife deutlich schlanker gestalten lässt.

3D-Druck direkt aus Catia V5

Jochen Michael, Senior Consultant bei Cenit, erklärt die Hintergründe: „Stützstrukturen von additiv gefertigten Bauteilen sollten in der Serienproduktion nicht manuell, sondern mit NC-Maschinen entfernt werden. Für die Erstellung solcher NC-Programme ist das STL-Format, das bislang vorwiegend für die Repräsentation von Bauteil und Stützstrukturen in der 3D-Druck-Datenkette verwendet wird, ungeeignet, weil es die Geometrie nur ungenau repräsentiert. In dem Fall müssen Modell und Stützstrukturen für die Nachbearbeitung nachkonstruiert werden, das verursacht unnötigen Aufwand. Mit dem 3D-Druck direkt aus Catia V5 vermeiden wir das, weil die exakten Geometriedaten für diese Nachbearbeitung bereits vorliegen.“

Cenit unterstützt den Konstrukteur bei der Datenaufbereitung

Damit der 3D-Druck über Catia V5 gelingt, unterstützt Cenit den Konstrukteur bei der Aufbereitung der Daten aus der Topologieoptimierung – bei der Topologieoptimierung wird das Material für das Bauteil rechnergestützt auf die Menge reduziert, die unbedingt nötig ist, um die Anforderungen zu erfüllen.

Ein von Cenit neu entwickelter Catia V5 Slicer zerlegt das Bauteil anschließend in Schichten. Die Konturen dieser Schnitte werden über den Postprozessor direkt an den 3D-Drucker geschickt.

Optimierte Stützstrukturen vom Fraunhofer IAPT

Ein weiteres positives Zwischenergebnis des Bionic Aircraft-Projektes: Die Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT hat optimierte Stützstrukturen entwickelt. Stützstrukturen geben additiv gefertigten Bauteilen an bestimmten Stellen, beispielsweise Überhängen, während des Fertigungsprozesses Halt und müssen nach dem 3D-Druck entfernt werden.

„Die neuen Stützstrukturen brauchen dank einer optimierten Geometrie weniger Pulver. Inspiration lieferte die Natur, die für ihre Materialeffizienz bekannt ist. Die entstandenen hierarchisch verzweigten Strukturen mit Gradienten reduzieren den Pulververbrauch um 70 bis 90 Prozent gegenüber herkömmlichen Supportstrukturen. So können wir gleichzeitig Material sparen und Fertigungskosten senken“, sagt Melanie Gralow vom Fraunhofer IAPT. „Ein weiterer Vorteil ist, dass sie sich leichter entfernen lassen als herkömmliche Stützstrukturen. Das beschleunigt die Nachbearbeitung und reduziert das Risiko für Beschädigungen des Bauteils beim Entfernen.“ Die optimierten Strukturen werden direkt in Catia V5 angelegt.

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Bionic Aircraft: weniger Emissionen in der Luftfahrt

Das von der Europäischen Kommission geförderte Forschungsprojekt „Bionic Aircraft“ (Fördernummer 690689) verfolgt seit 2016 das Ziel, die Emissionen der Luftfahrtindustrie zu verringern. Zehn internationale Konsortialpartner aus Industrie, Forschung und Entwicklung – darunter auch der IT-Spezialist Cenit und das Fraunhofer IAPT – arbeiten gemeinsam an neuen Methoden und Konzepten. 3D-Druck und bionisches Design spielen im Projekt eine wichtige Rolle, um das Gewicht von Flugzeugbauteilen zu senken und so den Treibstoffverbrauch zu verringern.

SEMINARTIPP Das Seminar „Konstruktionsbionik“ vermittelt die Möglichkeiten der Bionik bei der Entwicklung und hilft beim Vorgehen der bionischen Produktentwicklung.
Weitere Informationen
BUCHTIPP Mit bionischen Verfahren lassen sich Bauteile so gestalten, dass sie mit minimalem Aufwand ihre strukturmechanischen Funktionen erfüllen. Das Praxishandbuch „Bionik in der Strukturoptimierung“ ist ein Nachschlagewerk für ressourceneffizienten Leichtbau für Konstrukteure, Entwickler und Studierende.

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