TopGen

Hintergrund

Aufgrund der gestiegenen Genauigkeitsanforderungen im Bereich der Werkzeugmaschinen spielt die Dynamik der Strukturen eine immer größere Rolle. Dies erfordert Entwürfe, welche die Maschinenmasse minimieren, jedoch weiterhin die maximal erforderliche Steifigkeit gewährleisten. In der Konstruktionsphase werden daher vermehrt numerische Optimierungsmethoden eingesetzt, um die Designtopologie zu verbessern.



Problemstellung

Die globale optimale Lösung einer Topologieoptimierung erfordert in jedem Punkt des Designraums eine an die lokale Belastung angepasste Dichte und E-Modul. Das erhaltene Ergebnis ist theoretisch optimal, aber die resultierende Topologie kann mit gängigen Fertigungsverfahren nicht hergestellt werden. Eine Topologieoptimierung mit Einschränkung der Variation der Dichte führt zu herstellbaren Ergebnissen, jedoch entfernt sich die resultierende Topologie von Optimum.



Kenntnisgewinn

In diesem Projekt wird ein additives Herstellungsverfahren vorgestellt, welches die Fertigung global optimaler Topologien ermöglicht. Im Rahmen einer Benchmark-Analyse wurde eine Topologieoptimierung mit höheren und niedrigeren Penalty-Faktoren durchgeführt. Mit verschiedenen Algorithmen wurden die Ergebnisse der Topologieoptimierung in einzelne Mikrostrukturschichten überführt. Diese Schichten wurden mit Adhäsiven zusammengefügt, um die endgültige Geometrie zu erhalten. Die Eigenschaften der Algorithmen wurden experimentell und numerisch optimiert und bewertet. Als Ergebnis können mittels der ausgewählten Algorithmen Bauteile mit höherer Steifigkeit hergestellt werden.



Förderung

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)