Multimaterial-3D-Druck

Andreas Mühlbauer,

Gradierte Bauteile im Multimaterial-Druck

Mit funktional gradierten Materialien lassen sich Bauteile optimieren. Mit einer neuen Anwendung kann die Materialverteilung an CAD-Modellen definiert werden. Im Multimaterial-3D-Druck lassen sich so komplexe Bauteilanforderungen umsetzen.

In GraMMaCAD lassen sich CAD-Modelle um funktional gradierte Materialübergänge erweitern. Der Standfuß aus dem Multimaterial-3D-Drucker dämpft angeschraubte Bauteile und federt diese ab. © Fraunhofer IGD

Die additive Fertigung erlaubt mehr Designfreiheit als traditionelle Fertigungstechniken. Neue Formen lassen sich gestalten, Funktionen in Formen integrieren oder unterschiedliche Materialien kombinieren. Mehrere Materialien zu Multimaterialien zu kombinieren, wird immer wichtiger für die Industrie. Diese Gradientenwerkstoffe gehen aus der additiven Fertigung hervor – Werkstoffe, deren Eigenschaften kontinuierlich entlang einer Raumrichtung, der Geometrie oder den Belastungen ausgeprägt werden. Dies lässt sich durch Modifikation der Materialzusammensetzung oder der Prozessparameter im Herstellungsprozess erzielen. So lassen sich die Materialeigenschaften innerhalb eines Bauteils gezielt einstellen, beispielsweise ein fließender hart-weich-Materialverlauf an einem Dämpfungselement. Mit der Software GraMMaCAD (Graded Multi-Material CAD) gibt das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD der Industrie ein Werkzeug für deren CAD-Geometrien an die Hand, mithilfe dessen sich im Entwicklungsprozess virtueller Produkte Materialverteilungen und Materialverläufe interaktiv definieren lassen. Bisher ist die Definition von lokal variierenden Eigenschaften auf CAD-Modellen ein zeitaufwendiger Prozess. Die gängige Praxis besteht darin, entweder das Modell in Teilmodelle zu unterteilen, denen dann verschiedene Materialien zugewiesen werden. Allerdings erlaubt dies meist nur diskrete Materialübergänge. Oder man nimmt die Materialzuweisung anhand von Bildern (Texturen) vor. Hierbei wird die Gradierung durch Variation der Texturinformation erzeugt.

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Wie lassen sich also mit geringem Aufwand lokal variierende Materialinformationen innerhalb eines dreidimensionalen Bauteils erzeugen? GraMMaCAD erzeugt volumetrische Materialverteilungen und Materialverläufe interaktiv und bedient sich eines grafisch-interaktiven Editors. Ausgangspunkt ist ein CAD-Modell. Die Benutzer können zwischen drei Ansätzen auswählen, um daran Materialverteilungen zu generieren. Mit dem ersten Ansatz können sie Flächen des CAD-Modells auswählen. Den zweiten Ansatz bilden Hilfsgeometrien. Dabei kann der Benutzer beispielsweise eine oder mehrere neu erzeugte Ebenen wählen.

Die ersten beiden Möglichkeiten erzeugen einen gradierten Materialverlauf, der von den gewählten Flächen ausgeht, wobei sich die Art des Materialverlaufs grafisch-interaktiv beeinflussen lässt. Der dritte Ansatz ergibt sich, wenn der Benutzer Bauteilen des CAD-Modells Materialinformationen zuweist und die Interpolation der Materialkennwerte zwischen ihnen aktiviert. In diesem Fall muss der Benutzer das CAD-Modell vorher in einer CAD- Software in Teilkörper zerlegen und kann dann jedem Teilkörper entweder ein bestimmtes Material zuweisen oder als gradiert deklarieren. GraMMaCAD erzeugt den Materialverlauf daraufhin automatisch.

Multimaterial-3D-Drucker, die verschiedene Materialien verarbeiten können, drängen zunehmend auf den Markt und setzen funktional gradierte Objekte für anspruchsvolle Designs um.

Nach Unterlagen von Fraunhofer IDG / am

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