Bionik wird zum CAD-Designtool

Projekt Bionic Aircraft

Bionik wird zum CAD-Designtool

Anzeige
Das Softwarehaus Cenit berichtet über erste Ergebnisse im EU-Projekt Bionic Aircraft. Bis August 2019 soll ein CAD-Katalog entstehen, der bis zu 15 bionische Standard-Features enthält.

Seit September 2016 arbeitet die Cenit AG gemeinsam mit neun Partnern aus Industrie und Forschung daran, neue Methoden für die additive Fertigung von Flugzeugen zu entwickeln. Das übergreifende Ziel des EU-Projekts Bionic Aircraft: deutliche Verbesserung der Ressourceneffizienz in der Luftfahrt. Einen entscheidenden Beitrag sollen additive Technologien liefern, die sich die Bionik zunutze machen. Dabei geht es vor allem darum, den Designprozess für bionische Strukturen zu vereinfachen – also die Suche nach natürlichen Vorbildern und ihre technische Umsetzung abzukürzen.

Zu den Kernpfeilern zählen eine automatisierte Designmethodik und ein Werkzeug, mit dem sich die spezifischen Datenformate für den 3D-Druck direkt generieren lassen. Die Projektteilnehmer wollen damit eine Zeitersparnis von rund 40 % beim Entwickeln von bionischen Teilen erreichen und das Leichtbaupotenzial von additiven Strukturen weiter erhöhen.

Die Natur kopieren – ohne langes Suchen

Ein ambitioniertes Unterfangen, wie die Software-Entwickler einräumen. Um bionisch optimierte Bauteile zu erstellen, erarbeitet das Cenit-Team auf Basis von Catia einen CAD-Katalog mit parametrisch aufgebauten, bionischen Features. „Damit wird die bislang langwierige manuelle Interpretation und Nachkonstruktion von topologieoptimierten Bauteilen im CAD durch ein automatisiertes Baukasten-Prinzip unterstützt“, erklärt Jochen Michael, Senior Consultant bei Cenit. „Durch die Parametrik der Features können Konstrukteure die Geometrien zudem einfacher anpassen. Damit erreichen wir einen weiteren Zugewinn an Effizienz und Qualität im Design-Prozess.“

Bis zum Laufzeitende von Bionic Aircraft im August 2019 rechnet Cenit damit, einen CAD-Katalog mit rund zehn bis 15 bionischen Features zu entwickeln – auch wenn es zunächst nur um Grundlagenforschung geht. Erklärtermaßen ziele das Projekt darauf ab, „aufzuzeigen wie die methodische und praktische Umsetzung eines solchen Katalogs erfolgen kann“, erläutert Michael. Die Arbeiten sollen klären, wie eine Topologieoptimierung mit bionischen Features abgedeckt werden kann und welche Algorithmen sich am besten eignen, um Bauteile zu erkennen und ihnen die Features zuzuweisen. „Mit dieser Grundlagenarbeit betreten die Projektteilnehmer neues, wegweisendes Terrain – denn bislang sind bionisch optimierte Features in keinem CAD Programm enthalten.“

Während Cenit die bionischen Features ins CAD überführt, steuern Experten der Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien (IAPT) das Know-how über deren Beschaffenheit, Eignung und Funktionalität bei. Basierend auf Analysen entwickeln sie die entsprechenden bionisch optimierten Features. Diese sollen das typische Verhalten des Bauteiles verbessern und es möglichst leicht und stabil gestalten.

Natürliche Rundungen mindern Bauteilversagen

Ein Beispiel, bei dem bereits kleine Anpassungen eine große Wirkung erzielen: Werden bei zugbeanspruchten Komponenten Rundungen nach natürlichem Vorbild angewendet, können sie das Risiko von Bauteilversagen deutlich vermindern. Auch dieses Feature wird als parametrisches Muster in den CAD-Katalog aufgenommen.

Nach der Programmierung der ersten bionischen Features im CAD geht Cenit einen weiteren Meilenstein im Projekt an: Die Feature Recognition – ein Software-Tool, das ein bereits topologieoptimiertes Bauteil analysiert und ihm möglichst vollautomatisch ein passendes bionisches Feature aus dem CAD-Katalog zuordnet. Dieser Baustein stellt ein wichtiges Element im Designprozess bionischer Schichtbauteile dar.

CAD-System soll auch bei Stützstrukturen helfen

Neben dem bionischen Design gehören auch Aspekte der Druckvorbereitung zum Aufgabenpaket der Softwareentwickler, also das sogenannte Pre-Processing. Wesentliche Schwerpunkte dabei: die CAD-basierte Erzeugung von Stützstrukturen, die für den 3D-Druck notwendig sind, und die optimale Ausrichtung der Bauteile für den Druckprozess.

Auch bei der Programmierung der Stützstrukturen im CAD griff Cenit auf Ergebnisse des Forschungspartners Fraunhofer IAPT zurück: Das Institut führte dazu systematische Untersuchungen durch. Sie richteten sich auf Kriterien wie Zugfestigkeit, Pulververbrauch sowie Entfernbarkeit der Stützstrukturen und wie dies wiederum die Oberfläche des gedruckten Bauteils beeinflusst. Weiter entwickelte Cenit neuartige Ansätze für Stützstrukturen, wie zum Beispiel eine gradierte Gitterstruktur oder ein Gyroid (Bild).

Auf Basis von Catia schufen die Cenit-Experten zudem Funktionalitäten für die optimale, automatisierte Teileausrichtung im Bauraum der additiven Maschine, inklusive Stützstrukturen. Sie berücksichtigten dabei eine Vielzahl von relevanten Parametern.

Das weiterführende Ziel der Projektarbeit besteht aktuell darin, anstelle reiner Geometriedaten auch Attribute der Geometrie (wie Außenkontur und Oberflächengüte) an die Fertigung auszugeben und so die Methoden des 3D-Drucks zu definieren. In Abstimmung mit der Aconity GmbH erarbeitet Cenit eine direkte Catia-Schnittstelle. (os)



Hier finden Sie mehr über:
Anzeige

Industrieanzeiger

Newsletter

Unsere Dosis Wissensvorsprung für Sie. Jetzt kostenlos abonnieren!

Top-Thema Schläuche

Auf unserer Themenseite finden Sie alle Informationen über Schläuche.

Tipps der Redaktion

Unsere Technik-Empfehlungen für Sie!

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Aktuelle Whitepaper aus der Industrie


Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de