Fraunhofer-Gesellschaft

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Additiver Hybrid-Leichtbau - Highlight 3D print

Personalisierte Leichtbauprodukte durch intelligente Technologiekombination
Additive hybrid lightweight construction - highlight 3D print
 
: Geiger, Raphael; Rommel, Steve; Burkhardt, Jochen; Bauernhansl, Thomas

wt Werkstattstechnik online 106 (2016), Nr.3, S.169-174
http://www.technikwissen.de/wt/
ISSN: 1436-4980
ISSN: 1436-5006
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IPA ()
Additive Manufacturing (AM); Rapid Prototyping; Leichtbau; Arbeitsphysiologie; Ergonomie; Topologie

Abstract
Additive Fertigungsverfahren bieten durch ihren schichtweisen Aufbau einzigartige Gestaltungsfreiheiten. Hieraus leitet sich ein enormes Potential für den strukturellen Leichtbau ab. Bionische Leichtbaustrukturen, integrierte Funktionalitäten sowie topologieoptimierte Bauteile lassen sich direkt produzieren. Neben dem strukturellen Leichtbau lassen sich durch die Verwendung hochfester Werkstoffe oder von Werkstoffen mit geringer Dichte ebenfalls Leichtbauprodukte generieren. Ein Beispiel für werkstofflichen Leichtbau sind Faserverbundstrukturen, welche geringe Materialdichte mit hoher Festigkeit kombinieren. Durch Bündelung der Vorteile additiver Fertigungsverfahren mit Halbzeugen aus Hochleistungswerkstoffen – beispielsweise kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen – werden noch leichtere Produkte möglich. Besonders die Funktionsintegration und die Designfreiheit additiver Verfahren schaffen hier völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten und einen Individualisierungsgrad, der im Leichtbau bisher unbekannt ist. Anhand eines Produktbeispiels wird aufgezeigt, welche Potentiale additiver Hybrid-Leichtbau eröffnet. Ausgehend von einer topologieoptimierten Form erfolgt die Ableitung eines Bauteils. Dies wird im Lasersinterverfahren (SLS) gefertigt und in Kombination mit Kohlenstofffaserverbund (CFK)-Rohren sowie weiteren additiv gefertigten Bauteilen zum Produkt „Hocker“ zusammengefügt. Parallel wird das Verbundsystem digital abgebildet und simulativ überprüft.

 

Additive manufacturing technology offers unique design flexibility due to its layer-based construction approach. This provides new potential for lightweight construction. Bionic lightweight structures, integrated functionality, and topology-optimized structures can now be manufactured. Another method to generate lightweight design is the use of high-strength materials with low density. For example, fiber reinforced materials which combine high-tensile fibers with low material density. The combination of these two unique benefits leads towards ultra-light products. The degree of individualization through additive manufacturing represents a new tool in the field of lightweight design, providing new construction possibilities. This paper presents the potential of hybrid lightweight design with the help of a specific product. An ergonomic lightweight seat starts with a topology optimized 3D form. The construction combines additive manufactured parts with carbon fiber reinforced plastic (CFRP) pre-products. Additionally, the interaction between the constituent parts has been simulated.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-385537.html