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Leichtbau Leichtbau mittels Bionik und additiver Fertigung umsetzen

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde / Dorothee Quitter

Es ist alles andere als einfach, ein Bauteil so zu gestalten und herzustellen, dass es genau die vorgegebenen Anforderungen erfüllt. Erst recht dann, wenn eine komplexe Gestaltung und Leichtbauaspekte gleichermaßen umgesetzt werden sollen. Das Alfred-Wegener-Institut stellt auf dem Anwendertreff Leichtbau 2017 ihr auf Planktonorganismen beruhendes Optimierungsverfahren ELiSE vor.

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CAD-Zeichnung der gewichtsoptimierten Rohr-Balkenstruktur im unteren Rahmen des AWI-Bionic-Bike.
CAD-Zeichnung der gewichtsoptimierten Rohr-Balkenstruktur im unteren Rahmen des AWI-Bionic-Bike.
( Alfred-Wegener-Institut, Paul Bomke)

Immer häufiger kommen heute selbst in höchst anspruchsvollen Einsatzbereichen Additive-Manufacturing-Verfahren zur Anwendung. Dadurch wird nicht nur die Fertigung flexibler. Umfangreiche Nutzungspotenziale liegen auch in den Bereichen Funktionsintegration, Nachhaltigkeit und Leichtbau. So ermöglicht Additive Manufacturing (AM) eine werkzeuglose Fertigung, bei der die Produkte beispielsweise direkt aus 3D-CAD-Dateien durch schichtweises Auftragen von Material erstellt werden können. Nützlich für einen effektiven Leichtbau ist dabei, dass inzwischen auch hochwertige Materialien wie Aluminium, Titan oder Magnesium eingesetzt werden können. Besonders wichtig ist außerdem die hohe Designfreiheit, da die Konstruktion bei AM kaum durch das Fertigungsverfahren begrenzt wird. Dadurch sind sehr ausgefallene gestalterische Umsetzungen möglich, die konventionell nur schwer oder gar nicht herstellbar sind, so beispielsweise komplexe bionische Strukturen oder wabenartige Füllstrukturen.

Richtlinie gibt Hilfestellung für Anwendung von Additive Manufacturing

Alle Fertigungsverfahren haben spezifische Stärken und Schwächen. Bei AM fehlt den Konstrukteuren und Entwicklern dieser Erfahrungsschatz jedoch noch weitgehend. Die Richtlinie VDI 3405 soll jetzt Orientierung geben und den Prozess der Gestaltung von AM-Bauteilen unterstützen. Sie beschreibt die Besonderheiten der additiven Fertigungsverfahren und gibt ausführliche und konkrete Konstruktionsempfehlungen für das Laser-Sintern von Kunststoffbauteilen und das Strahlschmelzen von Metallen. Unter Berücksichtigung der jeweiligen verfahrensspezifischen Besonderheiten gilt sie auch für die anderen in VDI 3405 aufgeführten additiven Fertigungsverfahren. Entstanden ist die Richtlinie nach mehrjähriger Vorbereitungszeit und durch die Kooperation einer Vielzahl an Partnern aus Industrie und Forschung. Die VDI 3405 ist die erste Richtlinie, die den Sprachgebrauch für diesen Bereich vereinheitlicht.

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Was die Konstrukteure also auf der einen Seite des Prozesses gestalterisch umsetzen, liefern zunehmend die Bioniker auf der anderen Seite als Gestaltungsidee. Immer häufiger werden die Vorbilder aus der Natur genutzt, um ein optimiertes und effizientes Design zu realisieren – und dies in allen Bereichen, angefangen vom Automobilbau über die Medizintechnik und den Maschinenbau bis hin zum Konsumgüterbereich. Auf die Umsetzung bionischer Gestaltungsansätze mit dem Fokus Leichtbau hat sich beispielsweise das Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven spezialisiert.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde

Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde

Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik