Finite Elemente Methode

Durch die Integration spezifischer Materialeigenschaften des Fertigungsverfahrens Selektives Laserschmelzen (SLM) in eine Topologieoptimierung kann der Produktentwickler simulationsgestützt bei der Gestaltfindung unterstützt werden. Hierzu wird im Rahmen eines durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts eine Topologieoptimierungsmethode entwickelt, die bereits während der Optimierung die prozessspezifischen Materialeigenschaften des SLM berücksichtigt. In diesem Beitrag wird der Einfluss dieser Berücksichtigung auf das Design vorgestellt.

Strukturoptimierung auf Basis der Finite Elemente Methode ist ein Werkzeug zur Designfindung und -optimierung von Bauteilen innerhalb des Produktentwicklungsprozesses. Vorteile liegen in einer erheblichen Prozessbeschleunigung durch die Einsparung klassischer Optimierungsschleifen und in der Möglichkeit, Lösungen zu finden, die empirisch nicht erreichbar sind. Ein Nachteil der Methode lag in der Vergangenheit darin, dass die Algorithmen teilweise Entwürfe vorgeschlagen haben, die nicht oder nur mit inakzeptablem Aufwand herstellbar waren. Hieraus entstand die Motivation zur Entwicklung der im Folgenden vorgestellten Fertigungsrestriktionen für Strukturoptimierungswerkzeuge. Mittels dieser Restriktionen wird der Lösungsraum der Optimierung spezifisch für ein vorgegebenes Fertigungsverfahren eingeschränkt, sodass optimierte, herstellbare Entwürfe erstellt werden.