Forschungsprojekt “Bionic Aircraft” ermöglicht durchgängige Prozesskette für Additive Fertigung

Das europäische Forschungsprojekt „Bionic Aircraft“ ermöglicht es, dass sich erstmals Bauteile direkt aus dem CAD-System CATIA V5 drucken lassen. Möglich macht das eine von CENIT entwickelte Schnittstelle. Damit muss die Entwicklungsumgebung nicht mehr verlassen werden. So können sämtliche Prozessschritte, inklusive der Nachbearbeitung, sich in CATIA V5 abbilden lassen. Für das Entfernen der Stützstrukturen in der Nachbearbeitung der 3D-Teile stehen nun erstmals exakte Daten in CATIA V5 bereit. Somit werden aufwändige Nachkonstruktionen des Modells und der Stützstrukturen vermieden.

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

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.“

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 von CENIT entwickelten Postprozessor direkt an den 3D-Drucker geschickt.

Neue 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.

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.

Der Artikel basiert auf einer Presseaussendung von CENIT