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In einigen Einsatzbereichen der additiven Fertigung bringt der Einsatz von Zellularstrukturen einen erheblichen Vorteil. So ist es zum Beispiel bei medizinischen Implantaten von Bedeutung welche Oberflächenbeschaffenheit und Struktur das Implantat vorweist. Ist bei einem Implantat, welches einen Teil des Knochens ersetzen soll, eine entsprechende Beschaffenheit vorhanden, so besteht die Möglichkeit dass der Knochen mit dem Implantat zusammenwachsen kann. Auch das Gewicht und die Belastbarkeit des Implantats spielt eine wesentliche Rolle. Allerdings beschränkt sich die Anwendung von Zellularstrukturen nicht nur auf den Bereich der Medizin. Überall wo Gewichts- und Material- und somit auch Zeitersparnis sehr gefragt aber auch gleichzeitig eine gewisse Stabilität und Belastbarkeit Voraussetzung sind, wie es in der Luft- und Raumfahrt ist, können Zellularstrukturen eingesetzt werden. Dafür ist Software notwendig, welche diese Zellen strukturiert in das vorhandene CAD-Modell integriert. Klassische CAD-Software hätten Probleme diese Strukturen in einer angemessenen Datengröße abzuspeichern. Software zur Herstellung von Zellularstrukturen nutzen die Periodizität von den Zellen um das fertige Modell effizient zu speichern.
netfabb – Selective Space Structures (3S)
Die von netfabb entwickelte Software ermöglicht Zellstrukturen effizient einzubauen als auch eigene Zellstrukturen zu entwickeln. Es sind 2 grundsätzliche Versionen des Programms erwerbbar: „3S Make“ und „3S Invent“.
3S Make ist die Basisversion und beinhaltet alle Grundfunktionen. Mit dieser Version kann man vorgegebene Standardstrukturen für das Auffüllen von ausgehöhlten Solids einsetzen. Des Weiteren sind flexible Strukturen für die Erstellung von flexiblen Teilen vorhanden. Eine Kombination von verschiedenen Standardstrukturen ist ebenfalls möglich.
3S Invent hat alle Basisfunktionen von 3S Make als tiefergehende Version. Es können nicht nur Standardstrukturen für das spezifische Projekt optimiert werden, sondern auch eigene Strukturen und Zellen, sowie Strukturübergänge entwickelt werden. Außerdem können Strukturen auf Oberflächen gestreckt werden um Oberflächenstrukturen und Texturen erstellen zu können. Für einen effizienteren Einsatz des Programms im Alltag gibt es die Möglichkeit Arbeitsabläufe per Skript zu automatisieren.
WithinLab
Dieses Unternehmen bietet zwei Softwarelösungen an: „Within Enhance“, zum Erstellen und Optimieren von Zellularstrukturen, und „Within Medical“, welche für den Einsatz bei medizinischen Implantaten zugeschnitten ist.
Within Enhance ist spezialisiert dafür leichtgewichtige, robuste und flexible Strukturen zu erstellen und diese zu Optimieren. Das Hauptaugenmerk liegt hier im Optimierungsvorgang. Für diesen Vorgang kann eine integrierte Finite Elemente Analyse(FEA) und eine Optimierungsengine eingesetzt werden. Kriterien und Randbedingungen für den Optimierungsprozess können Gewicht, Aushöhlungen, Steifigkeit, Schwerpunkt, Wandstärken, Verschiebungen und Flexibilität sein. Abgespeckte Versionen von Within Enhance sind ebenfalls verfügbar.
Within Medical ist hingegen auf den medizinischen Einsatz von Zellularstrukturen spezialisiert. Hiermit können poröse Areale und raue Oberflächen realisiert werden. Durch Miteinbeziehung des generativen Fertigungsprozesses soll die Software eine möglichst akkurate Darstellung schaffen. Das soll bedeuten, dass die Darstellung am Computer nur geringfügig von der dem tatsächlich hergestellten Produkt abweicht.
Endoprothese des Hüftgelenks mit Within Medical designt
(c) Picture via netfabb & Within
von Daniel Chua
In der Gastbeitrag Serie “Back to School” werden Arbeiten von Studenten des FH Technikum Wien veröffentlicht. Diese drehen sich um Additive Fertigung und die technischen Details die dahinter stehen. Die Studenten der Fachrichtung Mechatronik und Robotik publizieren hier ihre Arbeiten aus der Lehrveranstaltung Generative Fertigung mit Dr. Johannes Homa.
Zur Übersicht der Back to School Serie.
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