2026-2028 FEATURE
Vorhabensbeschreibung
Supportstrukturen sind für viele additiv gefertigte Metallbauteile unverzichtbar. Gleichzeitig erhöhen sie den Materialbedarf, die Bauzeit, den Nachbearbeitungsaufwand und den ökologischen Fußabdruck. Im Projekt FEATURE wird eine ganzheitliche Methode entwickelt, mit der unterschiedliche Supportkonzepte über ihren gesamten Lebenszyklus quantitativ bewertet und gezielt optimiert werden können. Dazu werden Prozesssimulation, experimentelle Daten und Verfahren des maschinellen Lernens miteinander kombiniert.
Fertigungs-Kritikalitäts-Parameters
Der Fertigungs-Kritikalitäts-Parameter ermöglicht eine sofortige Bewertung der Herstellbarkeit additiv gefertigter Bauteile – ohne zeitaufwendige Prozesssimulationen. Die Analyse basiert ausschließlich auf der Bauteilgeometrie und kann daher auch bei sehr komplexen Strukturen innerhalb kürzester Zeit durchgeführt werden.
Hierfür werden geometrische Merkmale wie Überhangswinkel, die Krümmung von Überhängen entlang der Schichtfolge (Slice), Brückenbereiche sowie weitere fertigungskritische Strukturen automatisch erkannt und ausgewertet. Aus diesen Informationen wird ein lokaler Kritikalitätswert berechnet, der Bereiche mit erhöhtem Fertigungsrisiko identifiziert.
Der Fertigungs-Kritikalitäts-Parameter bildet damit die Grundlage für eine schnelle Bewertung der Herstellbarkeit und unterstützt die gezielte Optimierung von Bauteilgeometrien sowie die effiziente Planung von Supportstrukturen bereits in frühen Entwicklungsphasen.
Vereinfachte Supportsimulation - Homogenisierung
Supportstrukturen bestehen aus filigranen Gittergeometrien, deren detaillierte Abbildung in numerischen Simulationen einen erheblichen Rechenaufwand verursacht. Insbesondere bei großskaligen Bauteilen sind die einzelnen Streben oft deutlich kleiner als die übrige Geometrie, sodass ihre explizite Modellierung entweder extrem feine Netze oder vereinfachte, wenig realistische Darstellungen erfordert.
Die Homogenisierung verfolgt daher den Ansatz, die mechanische und thermische Wirkung der Supportstrukturen als kontinuierliches Materialverhalten zu beschreiben. Anstelle jeder einzelnen Strebe wird deren makroskopischer Einfluss auf das Bauteil berücksichtigt. Dadurch lassen sich auch komplexe Supportsysteme effizient in Simulationen integrieren, ohne die physikalische Aussagekraft durch übermäßige Vereinfachungen oder numerische Diskretisierungsfehler unnötig zu beeinträchtigen.
Förderhinweis
FEATURE wird im Rahmen des Luft- und Raumfahrtforschungsprogramms (LuRaFo) der BAB Förderbank Bremen gefördert – mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung.
