Aluminium 3D Druck – grenzenlose Möglichkeiten

Aluminium 3D Druck ist ein großer Bereich im Feld der additiven Fertigung. Schon letzten Monat haben wir Ihnen die verschiedenen Anwendungen des 3D Drucks anhand des Innovationsgreifers vorgestellt. https://trovus.de/3d-druck-prototypen-auf-in-die-zukunft/

Diesmal soll es mehr um die Vorgehensweise selbst bei der Optimierung der Bauteile gehen. Auch hier haben wir wieder ein anschauliches Beispiel im Gepäck: unsere Fingerkonstruktion. Natürlich handelt es sich dabei um Prototypen, die zeigen sollen, was im Metall 3D Druck alles möglich ist. Schritt für Schritt erschaffen wir ein völlig neues Bauteil, welches zwar immer noch dieselbe Funktion hat, aber eben wesentlich sparsamer und effizienter aufgebaut wurde.

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Die Ausgangssituation und unser Ziel

Zu Beginn analysieren wir den Grundkörper, also unser Ausgangsbauteil ganz genau. Hier fällt auf, dass der Roboterkopf zu schwer für die notwendige Fahrgeschwindigkeit ist. Dies führt zu regelmäßig auftretenden Schäden und damit unnötigen Instandhaltungskosten. Daraus ergibt sich für uns also die eindeutige Zielsetzung, den Roboterkopf leichter zu konstruieren. Um ein messbares Ziel daraus zu machen, legen wir die gewünschte Gewichtsreduktion auf 50 % fest. Dabei ist es uns sehr wichtig, die Eigenschaften Steifigkeit und Dauerfestigkeit des ursprünglichen Bauteils zu erhalten. Als Ausgangsmaterial wählen wir Aluminium, genauer AlSi10Mg, da die Legierung sehr leicht ist. Zudem ist das Material gut schweißbar und perfekt für das 3D Druck Verfahren geeignet. Gerade in Sachen Leichtbau wird beim 3D Druck sehr gerne Aluminium verwendet – in diesem Gebiet sind wir Ihre Experten.

Bei Fragen rund um den 3D Druck nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf. Unser Service-Team berät Sie ausführlich und findet immer eine Lösung. Wir sind spezialisiert auf den 3D-Druck Aluminium, bieten aber auch Verfahren im Bereich Kunststoff an. Sie profitieren also von umfassendem Know-how und einem breit aufgestellten Team.

Die Herangehensweise bei der Optimierung

Nun, da wir eine gründliche IST-Analyse durchgeführt und ein festes Ziel ausgemacht haben, geht es an die technische Umsetzung. Zuerst wird eine Topologieoptimierung des Grundkörpers mit den entsprechenden Randbedingungen durchgeführt. Danach arbeiten wir einen Designvorschlag mit Iterationen aus. Anschließend wird dieser Designvorschlag mittels FEM Simulation verbessert und finalisiert. Erst dann geht es zum Drucker und damit zur additiven Fertigung.

Die Topologieoptimierung

Hierbei prüfen wir die Eigenschaften der vorliegenden Bauteile genau und ermitteln, wo Einsparungen vorgenommen werden können. Dabei ist es sehr wichtig, die zuvor festgelegten Randbedingungen auf den Grundkörper zu übertragen. Diese geben bestimmte Punkte an, die das optimierte Bauteil besitzen muss, um die ursprüngliche Funktion nicht zu verändern. Aus den ermittelten Daten wird ein Mesh generiert, was einen im Volumen reduzierten Körper liefert. Das daraus entstandene Ergebnis dient uns nun als Ankerpunkt und Grundlage für die Designiterationen.

Die Designiterationen

Auf Basis des Mesh-Körpers entwerfen wir nun verschiedene Designs. Das Mesh bauen wir dabei per Hand grafisch nach, wobei einzelne Elemente unterschiedlich dargestellt werden können. Je nach Anforderungen und optischen Ansprüchen können dabei zahlreiche Varianten entstehen. Im Video sehen Sie eine Darstellung der verschiedenen Entwürfe für unsere Fingerkonstruktion:

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Die Simulationsschleifen

Im nächsten Schritt validieren wir die verschiedenen Strukturen mit Hilfe der FEM Simulation. FEM steht für Finite-Elemente-Methode und ist ein numerisches Verfahren, welches die Kräfteverteilung innerhalb eines Bauteils unter Spannung bzw. die Krafteinwirkung farbig darstellt. Auf diese Art und Weise können wir die Eigenschaften der Prototypen schon vor deren Produktion überprüfen und an unsere Vorstellungen und Anforderung anpassen. Zudem ist die Ausgabe von Sicherheitsfaktoren in diesem Schritt möglich und innere Spannungen werden sichtbar gemacht. Färbt sich ein Bereich des Bauteils rot, so muss dieser schrittweise mit unserem gewählten Metall verdickt werden, um für die benötigte Stabilität zu sorgen. Je gleichmäßiger sich die Bauteile in der Simulation verfärben, desto besser ist die Kräfteverteilung und desto unwahrscheinlicher kommt es zu Rissen oder Brüchen. Im Video sehen Sie die FEM Simulation für alle Varianten unserer Fingerkonstruktion:

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Die Designiteration und die Simulationsschleifen werden so lange wiederholt, bis eine finale Konstruktion gefunden ist, die alle gewünschten Eigenschaften erfüllt. Anschließend geht es in die Fertigung mittels Aluminium 3D Druck. Wir haben uns auf diesen Bereich spezialisiert und sind Ihr Ansprechpartner in Sachen Metall 3D Druck. Nehmen Sie einfach Kontakt zu uns auf und überzeugen Sie sich von unserem Service.

Das Ergebnis

Nach mehreren Optimierungsschleifen ist unsere Fingerkonstruktion (ein Druck-Luft-Greifer) nun bereit für die additive Fertigung. Das Material unserer Wahl ist AlSi10Mg, also eine Legierung aus Aluminium, Silicium und Magnesium, welche besonders leicht ist. Für den 3D Druck selbst verwenden wir das SLM-Verfahren. SLM steht für Selective Laser Melting (dt. Selektives Laserschmelzen) und ist optimal geeignet für die Fertigung unserer Prototypen. Nach Auswahl der richtigen Materialien steht nun dem ersten Druck nichts mehr im Weg. Das Gewicht unseres optimierten Bauteils konnten wir um 50 % reduzieren. Zudem ist es für eine maximale Spannung von 217 Mpa bei einer Belastung von 130 N ausgelegt, was für unser Projekt ausreichend ist.

Fazit

Die von uns optimierten Bauteile sind alle mindestens mit der Sicherheit der ursprünglichen Bauteile konstruiert. Im Falle unserer Fingerkonstruktion bedeutet das sogar eine drei- bis vierfache Sicherheit. Da die Teile aber häufig einen viel zu hohen Standard bieten, ist noch einiges mehr an Potenzial vorhanden. Das heißt: Die Halbierung des Gewichts ist noch nicht das Ende der Fahnenstange – unsere Technologie bietet viele weitere Optimierungsmöglichkeiten.

Alles ist möglich

Bei der Technologie des 3D Druck Verfahrens, vor allem im Bereich Metall (Aluminium), ist definitiv noch Luft nach oben. Bauteile können nach den gewünschten Anforderungen konstruiert werden und nicht umgekehrt. Zahlreiche Materialien von Aluminium bis Kunststoff sind denkbar und punkten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. Die Zukunft verändert die komplette Herangehensweise beim Entwickeln von Prototypen. Wir werden uns nicht mehr die Frage stellen, wie wir mit den gegebenen Mitteln ein Bauteil erhalten, welches unseren Vorstellungen am nächsten kommt, nein: Wir werden ausgehen von unserem Wunschbauteil die passende Zusammensetzung der Materialien suchen, die optimalen Anwendungen des 3D Drucks wählen und daraus dann das perfekte Bauteil fertigen. Nichts ist unmöglich? „Alles ist möglich“, wird das Motto der Zukunft im 3D Druck lauten!

TROVUS TECH – Auf in die Zukunft der 3D-Aluminium-Drucker

Und wir wollen Ihr Partner für diese Zukunft sein. Wir bieten Ihnen ein breites Know-how in Sachen 3D Druck, sind spezialisiert auf die Metall-Verfahren (vor allem Aluminium) und freuen uns über neue Herausforderungen. Wir stehen Ihnen bei Fragen gerne zur Verfügung und beraten Sie ausführlich zu allen Möglichkeiten, die die additive Fertigung so bietet. Nehmen Sie einfach Kontakt zu unserem Service auf und überzeugen Sie sich selbst.

TROVUS TECH – Ihre Experten in Sachen Aluminium 3D Druck

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