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DfAM automatisiert die Herstellung von Multi-Flow Düsen

Auf 15. September 2020 von Michelle J. veröffentlicht
DfAM

Zwei Forscher der ETH Zürich haben ein Framework für rechnerbasiertes Design for Additive Manufacturing, kurz DfAM, entwickelt, mit dem Ziel die Herstellung komplexer multi-flow Düsen zu automatisieren. Als Alternative zu herkömmlichen CAD-Softwares ist ihr DfAM sowohl für Ingenieure, als auch für nicht nicht-spezialisierte Benutzer geeignet. 

Wie kam die Idee zur Entwicklung des Frameworks?

Es steht außer Frage, dass Additive Manufacturing in der Lage ist, komplexe, hochintegrierte Geometrien herzustellen: Diese Fähigkeit ist in der Tat einer der Hauptvorteile der Technologie. Der Hauptnachteil ist bisher jedoch die Erstellung der komplexen Designs. Der Modellierungsprozess ist oft zeitaufwendig und erfordert anwendungsspezifisches Wissen von Ingenieuren. Auch, wenn die 3D-CAD-Softwares in den letzten Jahren immer weiterentwickelt worden sind, basieren sie immer noch auf einer Vielzahl von sich wiederholenden manuellen Schritten, um organische Formen zu erstellen. 

In den letzten Jahren hat sich daher eine Software zur Topologie-Optimierung herausgebildet, die Strukturen auf der Grundlage der vom Benutzer eingegebenen Anforderungen erzeugt. Allerdings braucht auch diese immer noch ein hohes Maß an manueller Interpretation. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass bestimmte funktionelle Anwendungen, die mehrere integrierte Ströme umfassen z.B. multi-material Düsen, nicht unterstützt werden. Um das zu erreichen, wird ein vollständig automatisierte Prozess benötigt, weshalb die Forscher das rechnerbasierte DfAM entwickelt haben.

Das Framework des DfAM

Die Forscher begannen ihre Entwicklungen mit dem Ziel , einen automatisierten Entwurfsansatz zu kreieren, der Entwurfskonzepte schnell generiert sowie Iterationsänderungen und Anpassungen mit minimalem Aufwand ermöglicht. Das Framework des DfAM bietet seinen Benutzern eine Toolbox mit Konstruktionselementen, die als Bausteine zur Generierung fertiger Strukturen für 3D-Druckteile verwendet werden. Jedes Element ist innerhalb einer hierarchischen, fast modularen, Struktur organisiert und visuell dargestellt. So wird vermieden, dass der Benutzer einen Schritt versehentlich überspringt oder eine Komponente vergisst und dann ein unvollständiges Modell erhält. In diesem Sinne ist das DfAM benutzerfreundlich und dadurch auch für unerfahrene Benutzer geeignet. 

DfAM

Entwerfen, 3D-Drucken und Testen der Düsen I alle Bildnachweise: ScienceDirect

Um das Framework zu testen, entwarfen und druckten die Forscher eine Vielzahl von Düsen, die Ton von mehreren Quellen co-extrudieren können. Die Forscher erklären: „Angesichts des Konzepts einer Düse mit Einlässen und Auslässen spezifiziert ein Benutzer das Layout-Design eines Teils, d.h. die Anordnung der Designelemente. Das Layout dient als Eingabe für die Toolbox, die es automatisch in die entsprechende 3D-Düsengeometrie übersetzt. Zur Analyse der Fertigungsrestriktionen von AM bietet die Toolbox Funktionen zur Überprüfung von Wanddickenwerten und kritischen Überhangwinkeln. Diese ermöglichen es, nicht herstellbare AM-Designs zu erkennen und auszuschließen. Darüber hinaus kann eine Düse mit Hilfe der CFD-Analyse (Computational Fluid Dynamics) auf ihre Leistung hin bewertet werden.”

Der Druck der Modelle zeigte dann, dass das Framework des DfAM wirksam ist, um die Herstellung komplexer multi-flow Düsen zu automatisieren. Die nächsten Schritte für die Forschung umfassen die Entwicklung von Designelementen, die dynamischer sind, die sich um Einschränkungen herum anpassen, anstatt sich ganz auszuschließen.

Die gesamte Studie können Sie HIER nachlesen.

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