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Altair OptiStruct® revolutioniert Gitterstrukturen im 3D Druck


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Topologieoptimierung ermöglicht Designinnovation

TROY, Mich., 26. Februar 2015 – Altair hat heute neue Einsatzmöglichkeiten des OptiStruct® Solvers angekündigt, die die Nutzung der Topologieoptimierung im Bereich additive Fertigung (3D Druck) noch besser unterstützt. OptiStruct ist eine vielfach ausgezeichnete Technologie für Topologie-, Topografie-, Größen-, und Formoptimierung und ist Teil der Computer-Aided Engineering (CAE) Suite Altair HyperWorks®.

Eine einzigartige Möglichkeit des 3D-Druckes ist es, mit kleinen Zellen bzw. Gitterstrukturen, Hohlkörper mit einer komplexen externen Geometrie zu erstellen. OptiStruct hat nun die Möglichkeiten der Topologieoptimierung erweitert, um eine effiziente Zusammenstellung von Volumen-Gitterstrukturen mit nahtlosen Materialübergängen zu ermöglichen. Die Eigenschaften der Gitter können unter Gesichtspunkten wie Zug, Druck, Scherung, Fließen, Torsion und Lebensdauer untersucht werden. Diese neue Technologie deckt einen bislang offenen Bedarf ab, da den Designern von Gitterstrukturen bisher keine Werkzeuge zur Verfügung standen, die gleichzeitig eine optimale sowie eine struktureffiziente Materialverteilung gewährleisteten.

Die Topologieoptimierung wird schon seit langem in zahlreichen Branchen eingesetzt, um innovative und struktureffiziente Leichtbaudesigns zu erstellen. Diese Technologie ist insbesondere für den 3D-Druck geeignet, da mit Topologieoptimierung frei geformte, organische Strukturen erzeugt werden können, die mit traditionellen Fertigungsmethoden meist nur schwierig oder gar nicht herstellbar sind. Daher können optimierte Designkonzepte Effizienzeinbußen aufweisen, wenn es darum geht, die Einschränkungen eines spezifischen Herstellungsprozesses zu berücksichtigen. Der 3D-Druck bietet eine unerreichte Gestaltungsfreiheit. Seine symbiotische Verknüpfung mit der Topologieoptimierung ermöglicht eine noch größere gestalterische Kreativität, während Strukturintegrität und Leistungsattribute erhalten bleiben.

„Der 3D-Druck gibt dem Produktdesign eine neue strukturelle Freiheit und ermöglicht komplexere Formen und Topologien sowie die effiziente Herstellung zugeschnittener Produkte. Darüber hinaus beschleunigt es den Herstellungsprozess, da keine Werkzeuge erforderlich sind“, sagte Dr. Uwe Schramm, Chief Technical Officer bei Altair. „Die Topologieoptimierung maximiert die Designfreiheit, ermöglicht die komplexe Freiformstrukturentwicklung, nahtlose individuelle Designs, einen verkürzten Designprozess und optimale, im 3D-Druck erstellte Strukturen.“

Um einen effizienteren Datentransfer für den 3D-Druck zu ermöglichen, arbeitet Altair mit Partnern wie Materialise. Da Gitterstrukturen mehrere Hunderttausend Gitterzellen umfassen können, kann der übliche STL-File Datentransfer ein Engpass im Gesamtprozess sein. Softwarepakete wie 3-MaticSTL von Materialise legen ihren Schwerpunkt auf die Verbesserung einer bestehenden Gitterkomponente, um den speziellen Anforderungen des 3D-Druckverfahrens Rechnung zu tragen und wenn nötig Support-Strukturen zu erzeugen.

Im Gegensatz zu ähnlichen Technologien von Wettbewerbern, die Gitterstrukturen lediglich auf existierende Geometrien anwenden, ermöglicht es OptiStruct dem Designer, die beste Materialplatzierung und optimale Gitterstrukturen zu identifizieren. Die Optimierung identifiziert, noch bevor das Gitter platziert und optimiert wird, an welchen Stellen des Designs Material benötigt wird.

OptiStruct optimiert die Gitterstruktur in zwei Phasen. Zunächst wird eine Standard-Topologieoptimierung durchgeführt, die die Existenz von poröserem Material mit mittlerer Dichte ermöglicht. Anschließend werden die porösen Bereiche in Gitterstrukturen mit unterschiedlichen Materialanteilen umgewandelt. In der zweiten Phase werden die Abmessungen der Gitterzellen optimiert. Das Ergebnis ist eine Struktur mit Volumenkörpern und Gitterbereichen mit unterschiedlichem Materialanteil.

Es besteht, z.B. im Hinblick auf das Verhältnis von Steifigkeit zu Volumen, eine zu untersuchende Beziehung zwischen der Materialdichte und der Bauteilleistung, die Designentscheidungen im frühen Produktentwicklungsprozess beeinflussen kann. Dabei kann die Porosität als funktionelle Anforderung insbesondere für biomedizinische Implantate wichtig sein. Gitterbereiche können für die erfolgreiche Entwicklung von Produkten, bei denen mehr als nur Steifigkeit erforderlich ist, entscheidend sein.

Bei einigen Anwendungen kann es erforderlich sein, Beul- und Knickverhalten, thermisches Verhalten, dynamische Eigenschaften und andere Aspekte, die alle optimiert werden können, zu berücksichtigen. Mit OptiStruct können die Anwender die Materialdichte, basierend auf den Ergebnissen eines Optimierungsprozesses, anpassen und stärkere gegen schwächere Designs sowie Volumen-, Hohl- oder Gitterstrukturen vergleichen. Der Designer definiert zunächst die Zielfunktion und führt dann die Optimierungsanalyse durch, um das Design zu lenken.

„Die Möglichkeit mit OptiStruct Gitterstrukturen zu erstellen ist d erste Schritt in Richtung Integration intelligenter Materialien mit besonderen Eigenschaften in Produkte“, sagte Ming Zhou, Vice President of Software Development bei Altair. „Im weiteren Verlauf der Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten werden das richtungsabhängige Verhalten und der nahtlose Übergang verschiedener Gitterstrukturen untersucht.So kann von den besonderen Materialeigenschaften, die in vielen Anwendungen als Innovationsgrundlage dienen, profitiert werden.“



Über Altair
Altair entwickelt und unterstützt die breite Anwendung von Simulationstechnologie, mit der Designs, Prozesse und Entscheidungen optimiert werden können. Dies führt zu einer Verbesserung der allgemeinen Geschäftsentwicklung seiner Kunden. Altair ist ein privat geführtes Unternehmen mit über 2300 Mitarbeitern. Der Hauptsitz des Unternehmens ist in Troy, Michigan, außerdem ist Altair mit über 40 Niederlassungen in 22 Ländern vertreten. Heute unterstützt das Unternehmen mit seinen Lösungen über 5000 Kunden aus den unterschiedlichsten Industrien. Weitere Informationen finden Sie unter: www.altair.de.

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