DE102020214603A1 - Process for manufacturing a component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (1), wobei ein digitales Modell (2) mit zwei voneinander beabstandeten Lagerungspunkten (3, 4, 5) bereitgestellt wird, wobei die Lagerungspunkte (3, 4, 5) mittels einer Materialkomponente (6, 7, 8, 11) verbunden werden. Weiter wird eine an dem Modell (2) angreifende Last (9) simuliert und eine Spannungsanalyse an der Materialkomponente (6, 7, 8, 11) durchgeführt. Hiernach wird ein basierend auf Ergebnissen der Spannungsanalyse ein Algorithmus angewendet, wodurch in der Materialkomponente (6, 7, 8, 11) Lastpfade zwischen den Lagerungspunkten (3, 4, 5) ermittelt werden. Es folgt ein iteratives Simulieren eines Wegnehmens von spannungsarmen Materialanteilen (10) der Materialkomponente (6, 7, 8, 11). Ferner wird basierend auf dem um die spannungsarmen Materialanteile (10) reduzierten Modells (2) ein digitales Bauteilmodells erzeugt und zum Herstellen des Bauteils einer Fertigungseinheit bereitgestellt.The invention relates to a method for producing a component (1), in which a digital model (2) with two bearing points (3, 4, 5) spaced apart from one another is provided, the bearing points (3, 4, 5) being formed by means of a material component (6 , 7, 8, 11). Furthermore, a load (9) acting on the model (2) is simulated and a stress analysis is carried out on the material component (6, 7, 8, 11). An algorithm based on the results of the stress analysis is then applied, whereby load paths between the bearing points (3, 4, 5) are determined in the material component (6, 7, 8, 11). This is followed by an iterative simulation of removing low-stress material portions (10) of the material component (6, 7, 8, 11). Furthermore, based on the model (2) reduced by the low-stress material portions (10), a digital component model is generated and made available for manufacturing the component of a manufacturing unit.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines insbesondere Faserverstärkten Bauteils.The invention relates to a method for producing a particularly fiber-reinforced component.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Konstruktion von mechanischen Komponenten bekannt, bei welchen ein Volumen der mechanischen Komponente in eine Vielzahl von Zellen diskretisiert wird und unter Belastung eine mechanische Spannung in der jeweiligen Zelle bestimmt wird. Weiterhin sind verschiedene Optimierungsverfahren bekannt, welche durch eine automatisierte Auswertung der diskreten Zellen, Faserorientierungen oder Bauteilvolumen hinsichtlich einer optimalen Materialausnutzung erzeugen können. Hinsichtlich additiver bzw. generativer Fertigungsverfahren, bei welchen eine Faser und ein die Faser ummantelnder Materialmantel gemeinsam coextrudiert werden, sind heutzutage, das heißt mit herkömmlichen strukturmechanischen Optimierungstools, nicht in optimaler Weise verarbeitbar. Denn ein anisotoper Materialaufbau, der mit dem Fasermaterial einhergeht, lässt sich in einer Topologieoptimierung bisher noch nicht in zweckmäßiger Weise ausnutzen. Für eine herkömmliche Topologieoptimierung ist aus dem Stand der Technik des Weiteren bekannt, dass ein isotroper Materialblock zwischen Lasteinleitungs- und Lastausleitungselementen simulativ aufgebaut wird. Anschließend wird eine Spannungsanalyse, beispielsweise mittels einer FEM-Software (FEM: Finite Elemente Methode), durchgeführt und spannungsfreies oder spannungsarmes isotropes Material entfernt. Am Ende einer solchen Optimierung bleiben typischerweise dünne verästelte Brücken zwischen den Lasteinleitungs- und Lastausleitungselementen bestehen, welche definierte Lasten in einer optimalen Anordnung übertragen. Eine geometrische bzw. positionelle Anordnung dieser verästelten Brücken führt jedoch zu einer oft nur schwierig herstellbaren Bauteilgeometrie, weshalb eine solche Optimierungsmethodik fast ausschließlich Anwendung bei additiv bzw. generativ zu fertigenden Bauteilen Anwendung findet.Methods for constructing mechanical components are known from the prior art, in which a volume of the mechanical component is discretized into a large number of cells and a mechanical stress in the respective cell is determined under load. Furthermore, various optimization methods are known, which can be generated by an automated evaluation of the discrete cells, fiber orientations or component volumes with regard to optimal material utilization. With regard to additive or generative manufacturing processes, in which a fiber and a material jacket encasing the fiber are coextruded together, these days, i.e. with conventional structural-mechanical optimization tools, cannot be processed in an optimal manner. Because an anisotopic material structure, which goes hand in hand with the fiber material, cannot yet be exploited in a topology optimization in an expedient manner. For a conventional topology optimization, it is also known from the prior art that an isotropic block of material is built up in a simulative manner between load introduction and load transfer elements. A stress analysis is then carried out, for example using FEM software (FEM: Finite Element Method), and stress-free or low-stress isotropic material is removed. At the end of such an optimization, thin branched bridges typically remain between the load introduction and load transfer elements, which transmit defined loads in an optimal arrangement. However, a geometric or positional arrangement of these branched bridges leads to a component geometry that is often difficult to produce, which is why such an optimization method is used almost exclusively for components that are to be manufactured additively or generatively.
Das bloße Anwenden dieser herkömmlichen Topologieoptimierung auf anisotrope Materialien führt aber nicht zu wünschenswerten Ergebnissen, da eine dreidimensionale faserverstärkte additive bzw. generative Fertigung größeren Limitationen unterworfen ist als eine konventionelle (faserfreie) additive bzw. generative Fertigung. Des Weiteren würde ein Reduzieren des anisotropen Materialblocks, bei welchem entlang der Raumrichtungen unterschiedliche Materialeigenschaften, insbesondere Festigkeitseigenschaften, vorliegen, höchstwahrscheinlich nicht zu einem besonders vorteilhaften Enddesign des entsprechend herzustellenden Bauteils führen. Denn es ist zu erwarten, dass sich die verästelten Brücken vorrangig entlang der Raumrichtung ausbilden, entlang derer der anisotrope Materialblock die zweckmäßigsten Festigkeitseigenschaften aufweist.However, the mere application of this conventional topology optimization to anisotropic materials does not lead to desirable results, since three-dimensional fiber-reinforced additive or generative manufacturing is subject to greater limitations than conventional (fiber-free) additive or generative manufacturing. Furthermore, a reduction of the anisotropic material block, in which different material properties, in particular strength properties, are present along the spatial directions, would most likely not lead to a particularly advantageous final design of the component to be produced accordingly. Because it is to be expected that the branched bridges form primarily along the spatial direction along which the anisotropic block of material has the most appropriate strength properties.
Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Optimierungsmethodik stellt eine Parameter-Geometrieoptimierung dar, wobei während eines Modellierens eines CAD-Modells (CAD: computer-aided design - rechnerunterstütztes Konstruieren) des Bauteils Parameter bzw. Variablen für bestimmte Längen und Größen vorgegeben werden. Ein tabellengestütztes Optimierungstool erfasst vorgegebene Parameter an dem CAD-Modell und ermittelt äußere Eigenschaften, etwa eine zu erwartende Gesamtmasse des anhand des CAD-Modells herzustellenden Bauteils und/oder zu erwartende maximale Spannungen und/oder erwartbare Verformungen in jenem Bauteil. Die vergebenen Parameter werden anschließend anhand verschiedener Optimierungsalgorithmen iterativ verbessert, wobei es Ziel ist, zum Beispiel eine möglichst geringe Gesamtmasse bei gleichzeitiger Einhaltung von Spannungsgrenzen zu erreichen. Hierbei hängt jedoch eine Effizienz dieser Optimierungsmethodik maßgeblich bereits von den durch den (menschlichen) Nutzer gewählten Parametern und des ebenfalls von dem menschlichen Nutzer generierten CAD-Modells des Bauteils ab.Another optimization method known from the prior art is parameter geometry optimization, parameters or variables for specific lengths and sizes being specified during modeling of a CAD model (CAD: computer-aided design) of the component. A table-supported optimization tool records specified parameters on the CAD model and determines external properties, such as an expected total mass of the component to be produced using the CAD model and/or maximum stresses to be expected and/or deformations to be expected in that component. The assigned parameters are then iteratively improved using various optimization algorithms, with the aim, for example, of achieving the lowest possible total mass while at the same time complying with voltage limits. In this case, however, the efficiency of this optimization method already depends to a large extent on the parameters selected by the (human) user and the CAD model of the component also generated by the human user.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders effizientes Herstellungsverfahren für ein insbesondere faserverstärktes Bauteil zu schaffen.The object of the present invention is to create a particularly efficient manufacturing method for a particularly fiber-reinforced component.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by a method with the features specified in claim 1.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils vorgeschlagen, wobei das Verfahren insbesondere ein Herstellen eines faserverstärkten Bauteils betrifft. Bei dem Verfahren wird in einem Schritt S1 ein digitales Modell mit zwei voneinander beabstandeten Lagerungspunkten bereitgestellt. Beispielsweise wird ein erster der Lagerungspunkte als ein Lasteinleitungspunkt bereitgestellt, wobei ein anderer der Lagerungspunkte als ein Lastausleitungspunkt bereitgestellt wird. Im Schritt S1 werden weiter die Lagerungspunkte, das heißt der Lasteinleitungspunkt und der Lastausleitungspunkt, mittels einer Materialkomponente verbunden. Es werden also im Schritt S1 lediglich die Lagerungspunkte sowie die Materialkomponente bereitgestellt, sodass das digitale Modell das zu fertigende Bauteil zunächst lediglich durch die Lagerungspunkte und die Materialkomponente charakterisiert und weitere geometrische und/oder positionelle Randbedingungen im Schritt S1 zunächst außer Betracht bleiben.According to the invention, a method for producing a component is proposed, the method particularly relating to the production of a fiber-reinforced component. In a step S1 of the method, a digital model with two bearing points spaced apart from one another is provided. For example, a first of the support points is provided as a load application point, with another of the support points being provided as a load output point. In step S1, the support points, ie the load application point and the load output point, are further connected by means of a material component. In step S1 only the mounting points and the material components are provided, so that the digital model initially characterizes the component to be manufactured only by the mounting points and the material components and other geometric and/or positional boundary conditions are initially ignored in step S1.
In einem weiteren Schritt S2 wird eine an dem Modell angreifende Last simuliert und eine Spannungsanalyse der Materialkomponente durchgeführt. Beispielsweise wird eine Kraft simuliert, die an wenigstens einem der Lagerungspunkte, beispielsweise an dem Lasteinleitungspunkt, angreift, wobei diese Kraft dann mittels der Materialkomponente zu einem anderen der Lagerungspunkte, beispielsweise zu dem Lastausleitungspunkt, geleitet wird, wodurch im Inneren der Materialkomponente mechanische Spannungen auftreten. Diese im Inneren der Materialkomponente auftretenden mechanischen Spannungen sind Gegenstand der Spannungsanalyse.In a further step S2, a load acting on the model is simulated and a stress analysis of the material component is carried out. For example, a force is simulated that acts on at least one of the bearing points, for example at the load application point, with this force then being passed by means of the material component to another of the bearing points, for example to the load transfer point, as a result of which mechanical stresses occur inside the material component. These mechanical stresses occurring inside the material component are the subject of the stress analysis.
Das Verfahren weist des Weiteren einen Schritt S3 auf, in welchem das digitale Modell einem Algorithmus unterzogen wird. Mit anderen Worten wird im Schritt S3 der Algorithmus auf das Modell angewendet, wobei dieser Algorithmus auf den Ergebnissen der Spannungsanalyse basiert. Hierdurch werden in der Materialkomponente Lastpfade zwischen den Lagerungspunkten ermittelt bzw. identifiziert. Es ergeben sich aufgrund des Anwendens des Algorithmus auf das Modell, insbesondere auf die Materialkomponente, sowohl spannungsreiche Materialanteile der Materialkomponente als auch spannungsarme, insbesondere spannungsfreie Materialanteile der Materialkomponente.The method also has a step S3, in which the digital model is subjected to an algorithm. In other words, in step S3 the algorithm is applied to the model, this algorithm being based on the results of the stress analysis. In this way, load paths between the bearing points are determined or identified in the material component. Due to the application of the algorithm to the model, in particular to the material component, both high-stress material parts of the material component and low-stress, in particular stress-free, material parts of the material component result.
Die spannungsreichen und spannungsarmen Materialanteile der Materialkomponente sind Gegenstand eines weiteren Schritts S4 des Verfahrens zum Herstellen des Bauteils, wobei in diesem Schritt S4 ein Wegnehmen von spannungsarmen Materialanteilen simuliert wird. Mit anderen Worten wird das digitale Modell des herzustellenden Bauteils, insbesondere die simulativ erzeugte Materialkomponente, um die spannungsarmen Materialanteile reduziert, wobei die spannungsreichen Materialanteile in dem digitalen Modell, das heißt in der Materialkomponente, verbleiben. Denn die Lastpfade, die mittels der Spannungsanalyse in Schritt S3 des Verfahrens ermittelt bzw. identifiziert worden sind, induzieren die mechanische Spannungen in die/der Materialkomponente, wobei die Lastpfade und die spannungsreichen Materialanteile der Materialkomponente miteinander einhergehen, beispielsweise zusammenfallen.The high-stress and low-stress material portions of the material component are the subject of a further step S4 of the method for producing the component, with a removal of low-stress material portions being simulated in this step S4. In other words, the digital model of the component to be produced, in particular the material component generated by simulation, is reduced by the low-stress material portions, with the high-stress material portions remaining in the digital model, ie in the material component. This is because the load paths, which have been determined or identified by means of the stress analysis in step S3 of the method, induce the mechanical stresses in the material component(s), with the load paths and the high-stress material parts of the material component being associated with one another, for example coinciding.
In einem weiteren Schritt S5 wird ein digitales Bauteilmodell erzeugt, wobei dieses digitale Bauteilmodell auf dem um die spannungsarmen Materialanteile reduzierten digitalen Modell basiert. Das bedeutet, dass im Schritt S5 aus dem digitalen Modell das digitale Bauteilmodell erzeugt wird, wobei zum Erzeugen des digitalen Bauteilmodells die Lagerungspunkte und die um die spannungsarmen Materialanteile reduzierte Materialkomponente herangezogen werden. Anders ausgedrückt geht aus dem digitalen Modell durch das simulative Wegnehmen (Schritt S4) der spannungsarmen Materialanteile das digitale Bauteilmodell hervor.In a further step S5, a digital component model is generated, this digital component model being based on the digital model reduced by the low-stress material portions. This means that in step S5 the digital component model is generated from the digital model, the bearing points and the material components reduced by the low-stress material portions being used to generate the digital component model. In other words, the digital component model emerges from the digital model through the simulative removal (step S4) of the low-stress material portions.
Das digitale Bauteilmodell wird in einem Schritt S6 des Verfahrens bereitgestellt, sodass das Bauteil anhand des digitalen Bauteilmodells herstellbar ist. Beispielsweise wird im Schritt S6 das digitale Bauteilmodell an eine Fertigungseinheit zugestellt, wobei die Fertigungseinheit dazu ausgebildet ist, das Bauteil anhand des digitalen Bauteilmodells herzustellen. Die Fertigungseinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, mittels eines additiven bzw. generativen Fertigungsverfahrens, beispielsweise 3D-Druckens, dass Bauteil herzustellen.The digital component model is provided in a step S6 of the method, so that the component can be produced using the digital component model. For example, in step S6 the digital component model is delivered to a production unit, the production unit being designed to produce the component using the digital component model. The manufacturing unit is designed in particular to produce the component by means of an additive or generative manufacturing process, for example 3D printing.
Somit ist ein besonders effizientes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils geschaffen, wobei durch die Spannungsanalyse und durch den Algorithmus, die insbesondere iterativ mit dem simulativen Wegnehmen der spannungsarmen Materialanteile durchgeführt werden, vorteilhafte Materialorientierungsverteilungen in der Materialkomponente gefunden werden. Hierdurch ergibt sich letztendlich das digitale Bauteilmodell, welches zu einem besonders leichten und gleichzeitig besonders stabilen Bauteil führt. Mittels des Algorithmus, der insbesondere evolutionär oder spannungsgradientenbasiert ausgebildet sein kann, ist ein äußeres Kriterium für ein besseres Design des Bauteils bzw. Bauteilmodells lediglich eine Steifigkeit, also eine Verformungsantwort auf die an dem Modell angreifende Last, wobei eine geringere Verformung einer größeren Verformung vorzuziehen ist.A particularly efficient method for producing a component is thus created, with advantageous material orientation distributions being found in the material component through the stress analysis and through the algorithm, which are carried out iteratively in particular with the simulative removal of the low-stress material portions. This ultimately results in the digital component model, which leads to a particularly light and at the same time particularly stable component. Using the algorithm, which can in particular be designed to be evolutionary or based on stress gradients, an external criterion for a better design of the component or component model is merely a stiffness, i.e. a deformation response to the load acting on the model, with a smaller deformation being preferable to a larger deformation .
Es ist bei diesem Verfahren in vorteilhafter Weise zu erwarten, dass durch das simulative Wegnehmen der spannungsarmen Materialanteile von der Materialkomponente Brücken (Materialbrücken) zwischen den Lagerungspunkten ausgebildet werden, die mit der Last korrespondieren. Das bedeutet, dass diese Brücken imstande sind, zwischen den Lagerungspunkten die Last aufzunehmen und/oder weiterzuleiten. Einem Leichtbaugedanken ist in besonderem Maße Rechnung getragen, da diese Brücken durch das simulative Wegnehmen lediglich reduziert werden.With this method, it is to be expected in an advantageous manner that bridges (material bridges) are formed between the bearing points, which correspond to the load, by the simulative removal of the low-stress material portions from the material component. This means that these bridges are able to take up and/or transfer the load between the storage points. A lightweight construction concept is taken into account in particular, since these bridges are only reduced by the simulative removal.
In einer ersten Weiterbildung des Verfahrens wird in dem Modell die Materialkomponente als ein zunächst faserfreies Matrixmaterial simuliert. Dieses Matrixmaterial weist insbesondere anisotrope Materialeigenschaften, insbesondere Festigkeitseigenschaften, auf. Folglich wird in Schritt S4 des Verfahrens ein Wegnehmen von spannungsarmen Anteilen des Matrixmaterials, also von spannungsarmen Matrixmaterialanteilen, simuliert. Demnach ist das Verfahren besonders einfach und/oder aufwandsarm durchführbar, da mit einem Faserstrang einhergehende Limitationen zunächst unberücksichtigt bleiben. Jedoch ist in diesem Zusammenhang nicht auszuschließen, dass dem zunächst faserfreien Matrixmaterial, insbesondere simulativ, eine Faser bzw. ein Faserstrang hinzugefügt wird, beispielsweise zwischen Schritt S4 und Schritt S5.In a first development of the method, the material component is simulated in the model as an initially fiber-free matrix material. This matrix material has in particular anisotropic material properties, in particular strength properties. Consequently, in step S4 of the method, a removal of low-stress portions of the matrix material, ie low-stress matrix material portions, is simulated. Accordingly, the method can be carried out particularly simply and/or with little effort, since the limitations associated with a fiber strand are initially not taken into account ben. However, in this context it cannot be ruled out that a fiber or a fiber strand is added to the initially fiber-free matrix material, in particular in a simulation, for example between step S4 and step S5.
Alternativ zu der ersten Weiterbildung des Verfahrens kann in einer zweiten Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass in dem Modell die Materialkomponente als ein Faserstrang simuliert wird. Der Faserstrang weist wenigstens eine Einzelfaser und einen Matrixmaterialmantel auf, wobei die wenigstens eine Einzelfaser von dem Matrixmaterialmantel ummantelt ist. Folglich erfolgt in Schritt S4 des Verfahrens ein simulatives Wegnehmen von spannungsarmen Anteilen des Faserstrangs, also von spannungsarmen Faserstranganteilen. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass zum Erzeugen des digitalen Bauteilmodells die anisotropen Materialeigenschaften der Faser und die beispielsweise isotropen Materialeigenschaften des Matrixmaterials einfließen, sodass die Brücken oder Materialbrücken zwischen den Lagerungspunkten in besonders vorteilhafte Weise ausgebildet bzw. simuliert werden. Letztendlich ergibt sich dann für das Bauteil ein besonders bevorzugtes Verhältnis zwischen einer Bauteilmasse und einer Bauteilfestigkeit bzw. einer Bauteilstabilität.As an alternative to the first development of the method, it can be provided in a second development of the method that the material component is simulated as a fiber strand in the model. The fiber strand has at least one individual fiber and a matrix material sheath, the at least one individual fiber being sheathed by the matrix material sheath. Consequently, in step S4 of the method, there is a simulative removal of low-tension portions of the fiber strand, that is to say of low-tension fiber strand portions. This results in the advantage that the anisotropic material properties of the fiber and the, for example, isotropic material properties of the matrix material are included to generate the digital component model, so that the bridges or material bridges between the bearing points are formed or simulated in a particularly advantageous manner. Ultimately, a particularly preferred ratio between a component mass and a component strength or a component stability then results for the component.
Weiter hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn in dem Verfahren nach Schritt S4, beispielsweise in einem Schritt S4a, in dem Modell die Materialkomponente um einen die Lagerungspunkte verbindenden Faserstrang ergänzt wird. Dieser Faserstrang, der im Schritt S4a ergänzt wird, kann beispielsweise der als das zunächst faserfreie Matrixmaterial ausgebildeten Materialkomponente hinzugefügt werden. Der Faserstrang, der in Schritt S4a hinzugefügt wird, kann alternativ der als der Faserstrang ausgebildeten Materialkomponente hinzugefügt werden. Mit anderen Worten bildet der Faserstrang, der in Schritt S4a dem Modell hinzugefügt wird, in Bezug auf die als das zunächst faserfreie Matrixmaterial simulierte Materialkomponente den ersten Faserstrang, der dem Modell des zu fertigenden Bauteils hinzugefügt wird. In Bezug auf die Materialkomponente, die als der Faserstrang simuliert wird, bildet der Faserstrang, der in Schritt S4a dem Modell des zu fertigenden Bauteils hinzugefügt wird, den zweiten Faserstrang, da die in Schritt S1 erzeugte Materialkomponente den ersten Faserstrang bildet. So sind besonders vorteilhafte Lastpfade zwischen den Lagerungspunkten erzeugbar, was mit einer besonders vorteilhaften Stabilität des letztendlich gefertigten faserverstärkten Bauteils einhergeht.It has also proven to be advantageous if, in the method after step S4, for example in a step S4a, the material component in the model is supplemented by a fiber strand connecting the bearing points. This fiber strand, which is supplemented in step S4a, can, for example, be added to the material component designed as the initially fiber-free matrix material. The fiber strand that is added in step S4a can alternatively be added to the material component formed as the fiber strand. In other words, the fiber strand that is added to the model in step S4a forms the first fiber strand that is added to the model of the component to be manufactured in relation to the material component simulated as the initially fiber-free matrix material. Regarding the material component that is simulated as the fiber strand, since the material component created in step S1 forms the first fiber strand, the fiber strand added to the model of the component to be manufactured in step S4a forms the second fiber strand. In this way, particularly advantageous load paths can be generated between the bearing points, which is associated with a particularly advantageous stability of the fiber-reinforced component that is ultimately produced.
Wenn in dem Verfahren der als der Faserstrang ausgebildeten Materialkomponente im Schritt S4a der weitere Faserstrang hinzugefügt wird, ist es des Weiteren bevorzugt, dass der Schritt S4a, also das Hinzufügen des weiteren Faserstrangs, und ein Wegnehmen von spannungsarmen Anteilen dieses Faserstrangs iterativ simuliert wird. Das bedeutet, dass der Schritt S4a gegebenenfalls mehrfach ausgeführt wird, und zwar abhängig davon, ob ein wiederholtes Ausführen des Schritts S4a zu einem besseren Design des zu fertigenden Bauteils führt. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nach einem erstmaligen Durchlaufen des Schritts S4a eine Spannungsanalyse der Materialkomponente durchgeführt wird, dann der Schritt S4a erneut ausgeführt wird und erneut eine Spannungsanalyse durchgeführt wird, wobei Ergebnisse dieser Spannungsanalysen verglichen werden. Hat aufgrund des erneuten Durchführens des Schritts S4a keine Verbesserung der Ergebnisse der Spannungsanalysen stattgefunden, ist insbesondere vorgesehen, dass der in dem zuvor ausgeführten Schritt S4a hinzugefügte Faserstrang aus dem Modell entfernt wird und die auf den Schritt S4a folgenden Schritte des Verfahrens ausgeführt werden, ohne dass der Schritt S4a erneut durchlaufen wird. Auf diese Weise ergibt sich für das Modell und infolgedessen für das zu fertigenden Bauteil eine besonders vorteilhafte Struktur der Faserstränge, sodass das Verhältnis zwischen der Bauteilmasse und der Bauteilstabilität bzw. - festigkeit erneut verbessert ist.If the further fiber strand is added to the material component designed as the fiber strand in the method in step S4a, it is also preferred that step S4a, i.e. the addition of the further fiber strand, and a removal of low-stress portions of this fiber strand is simulated iteratively. This means that step S4a may be carried out multiple times, depending on whether repeated execution of step S4a leads to a better design of the component to be manufactured. For this purpose it can be provided, for example, that after step S4a has been run through for the first time, a stress analysis of the material component is carried out, then step S4a is carried out again and a stress analysis is carried out again, with the results of these stress analyzes being compared. If there has been no improvement in the results of the stress analysis due to performing step S4a again, it is provided in particular that the fiber strand added in step S4a performed previously is removed from the model and the steps of the method following step S4a are performed without step S4a is run through again. In this way, a particularly advantageous structure of the fiber strands results for the model and consequently for the component to be manufactured, so that the relationship between the component mass and the component stability or strength is again improved.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach erstmaligem Durchlaufen des Schritts S4 eine mit Schritt S2 startende und vor Schritt S5 endende Iteration SI durchgeführt wird, wobei die Iteration SI einen Schritt S4b umfasst, in welchem nach dem Schritt S4 jeweilige Ergebnisse der aktuellen Spannungsanalyse mit Ergebnissen der vorangegangenen Spannungsanalyse verglichen werden. Wenn eine vorgegebene oder vorgebbare Ergebnisverbesserung unterblieben ist, folgt auf den Schritt S4 der Schritt S5. Das heißt, die Schritte S2, S3, S4 sowie insbesondere Schritt S4a und insbesondere Schritt S4b werden beim Durchführen des Verfahrens wenigstens zweimal hintereinander durchlaufen. Insbesondere werden diese vorgenannten Schritte sooft durchlaufen, sooft eine Verbesserung der Ergebnisse der jeweiligen Spannungsanalysen eintritt. Denn unter einer Iteration ist zu verstehen, dass sich einer Verbesserung angenähert wird, wobei wenigstens einmal geprüft wird, ob sich durch das simulative Wegnehmen der spannungsarmen Materialanteile verbesserte Spannungseigenschaften in der Materialkomponente ergeben. Ein solches Vorgehen führt erneut in vorteilhafter Weise zu einem besonders vorteilhaft ausgebildeten Bauteil, da Gegebenheiten der Materialkomponente, die sich aufgrund eines erstmaligen Wegnehmens von spannungsarmen Anteilen ergeben, in eine neue Spannungsanalyse einfließen, sodass letztendlich besonders vorteilhafte Materialbrücken zwischen den Lagerungspunkten erzeugt werden.In a further advantageous embodiment of the method, it is provided that after step S4 has been run through for the first time, an iteration SI starting with step S2 and ending before step S5 is carried out, the iteration SI comprising a step S4b in which, after step S4, the respective results of the current stress analysis can be compared with the results of the previous stress analysis. If a predetermined or predeterminable result improvement has not occurred, step S4 is followed by step S5. This means that steps S2, S3, S4 and in particular step S4a and in particular step S4b are carried out at least twice in succession when the method is carried out. In particular, these aforementioned steps are run through whenever there is an improvement in the results of the respective stress analysis. Because an iteration means that an improvement is approached, with it being checked at least once whether the simulative removal of the low-stress material portions results in improved stress properties in the material component. Such a procedure again advantageously leads to a particularly advantageously designed component, since conditions of the material component that arise due to the initial removal of low-stress portions are included in a new stress analysis, so that ultimately particularly advantageous material bridges can be created between the bearing points.
Einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zufolge wird dem jeweiligen Faserstrang ein Randbedingungssatz mit wenigstens einer Randbedingung zugewiesen, wodurch beim Simulieren des jeweiligen Faserstrangs ein räumliches Anordnen des entsprechenden Faserstrangs auf dem Randbedingungssatz basiert. So kann beispielsweise mittels des Randbedingungssatzes in dem Modell der jeweilige Faserstrang mit einem mäandernden, geschraubten, (mehrfach) geknickten etc. Verlauf zwischen den Lagerungspunkten simuliert werden. So wird dem letztendlich gefertigten Bauteil beispielsweise eine besonders hohe Zugfestigkeit in Bezug auf mehrere Raumrichtungen verliehen.According to a further advantageous embodiment of the method, the respective fiber strand is assigned a set of boundary conditions with at least one boundary condition, whereby a spatial arrangement of the corresponding fiber strand is based on the set of boundary conditions when simulating the respective fiber strand. For example, by means of the set of boundary conditions in the model, the respective fiber strand can be simulated with a meandering, screwed, (multiple) kinked etc. course between the bearing points. For example, the finally manufactured component is given a particularly high tensile strength in relation to several spatial directions.
Der Randbedingungssatz wird also beispielsweise der Materialkomponente zugewiesen, wenn diese als der Faserstrang simuliert wird. Ferner kann der Randbedingungssatz dem Faserstrang, der in Schritt S4a erzeugt bzw. simuliert wird, zugewiesen werden. Infolgedessen kann vorgesehen sein, dass in dem Modell die Materialkomponente basierend auf dem Randbedingungssatz zwischen den Lagerungspunkten verläuft. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Faserstrang, der in Schritt S4a hinzugefügt wird, basierend auf dem Randbedingungssatz zwischen den Lagerungspunkten verläuft.For example, the constraint set is assigned to the material component when it is simulated as the fiber strand. Furthermore, the set of boundary conditions can be assigned to the fiber strand that is generated or simulated in step S4a. As a result, provision can be made for the material component in the model to run between the support points based on the set of boundary conditions. Alternatively or additionally, it can be provided that the fiber strand, which is added in step S4a, runs between the bearing points based on the set of boundary conditions.
Es hat sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn in dem Modell über eine Randbedingung des Randbedingungssatzes wenigstens ein Stützpunkt zwischen den Lagerungspunkten definiert wird, wobei dieser Stützpunkt beim Simulieren des jeweiligen Faserstrangs mit dem Faserstrang verbunden wird. So wird zusätzlich zu den Lagerungspunkten, das heißt zusätzlich zu dem Lasteinleitungspunkt und dem Lastausleitungspunkt, der weitere Stützpunkt oder mehr weitere Stützpunkte in dem Modell simulativ angeordnet, sodass dann beispielsweise die Materialkomponente, die als der Faserstrang ausgebildet ist, zwischen den Lagerungspunkten mit dem Stützpunkt oder den Stützpunkten verbunden wird. In analoger Weise wird der in Schritt S4a des Verfahrens hinzugefügte Faserstrang zwischen den Lagerungspunkten mit dem Stützpunkt bzw. mit den Stützpunkten verbunden. Dementsprechend verläuft der jeweilige Faserstrang von einem der Lagerungspunkte über den Stützpunkt bzw. über die Stützpunkte hin zu einem anderen der Lagerungspunkte. Dabei ist der jeweilige Faserstrang sowohl mit den Lagerungspunkten als auch mit den Stützpunkten verbunden. Das bedeutet, dass in dem fertig hergestellten Bauteil der jeweilige Faserstrang kraft-, form- und/oder stoffschlüssig sowohl mit den Lagerungspunkten als auch mit dem Stützpunkt oder zumindest einigen der Stützpunkte verbunden ist.In this context, it has proven to be particularly advantageous if at least one support point between the support points is defined in the model via a boundary condition of the set of boundary conditions, with this support point being connected to the fiber strand when the respective fiber strand is simulated. In addition to the support points, i.e. in addition to the load application point and the load transfer point, the additional support point or more additional support points are arranged in the model in a simulative manner, so that, for example, the material component, which is designed as the fiber strand, between the support points with the support point or connected to the bases. In an analogous manner, the fiber strand added in step S4a of the method is connected between the storage points to the support point or to the support points. Accordingly, the respective fiber strand runs from one of the storage points via the support point or via the support points to another of the storage points. In this case, the respective fiber strand is connected both to the storage points and to the support points. This means that in the finished component the respective fiber strand is non-positively, positively and/or materially connected both to the bearing points and to the support point or at least some of the support points.
So kann beim Konstruieren bzw. Simulieren des Bauteils oder des Bauteilmodells durch den Randbedingungssatz beispielsweise auf eine vorgegebene Einschränkung hinsichtlich einer Au-ßengeometrie des Bauteils eingegangen werden. Demnach kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Stützpunkt durch einen (menschlichen) Bediener des Verfahrens festgelegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Stützpunkt zwischen den Lagerungspunkten, zumindest innerhalb eines Korridors zwischen den Lagerungspunkten, zufällig angeordnet wird.For example, when constructing or simulating the component or the component model, the set of boundary conditions can be used to address a predefined restriction with regard to an external geometry of the component. Accordingly, it can be provided that the respective support point is defined by a (human) operator of the method. Alternatively or additionally, it can be provided that the respective support point is randomly arranged between the storage points, at least within a corridor between the storage points.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in dem Modell über eine weitere Randbedingung des Randbedingungssatzes wenigstens ein von den beiden Lagerungspunkten unterschiedlicher weiterer Lagerungspunkt definiert wird, wobei der Lagerungspunkt beim Simulieren des jeweiligen Faserstrangs mit dem Faserstrang verbunden wird. Das bedeutet, dass mittels des Verfahrens ein Bauteil erzeugbar bzw. herstellbar und insbesondere zuvor durch das digitale Modell simulierbar ist, das über den Lasteinleitungspunkt und den Lastausleitungspunkt hinausgehend einen weiteren Lagerungspunkt oder mehr weitere Lagerungspunkte aufweist. Insbesondere ist zumindest der eine weitere (beispielsweise dritte) Lagerungspunkt festgelegt bzw. definiert, welcher beispielsweise einen weiteren Lasteinleitungspunkt oder einen weiteren Lastausleitungspunkt bilden kann. In diesem Zusammenhang ist es vorstellbar, dass der jeweilige Faserstrang derart zwischen den Lagerungspunkten angeordnet wird, dass zwischen einem ersten Lagerungspunkt und einem letzten der Lagerungspunkte, beispielsweise dem dritten Lagerungspunkt, der Faserstrang direkt verläuft. Überdies ist es denkbar, dass der Faserstrang von dem ersten der Lagerungspunkte über weitere Lagerungspunkte und schließlich hin zu dem letzten der Lagerungspunkte verläuft. Des Weiteren ist eine Art Sterntopologie denkbar, wobei diese Sterntopologie mittels eines einzigen Faserstrangs oder mittels einer Vielzahl von Fasersträngen dargestellt werden kann. Dies gilt in analoger Weise alternativ oder zusätzlich für das Verbinden der Stützpunkte mittels des einen einzigen Faserstrangs bzw. mittels der Vielzahl von Fasersträngen.According to a further advantageous embodiment of the method, it can be provided that at least one further bearing point different from the two bearing points is defined in the model via a further boundary condition of the boundary condition set, with the bearing point being connected to the fiber strand when the respective fiber strand is simulated. This means that the method can be used to generate or produce a component and in particular to simulate it beforehand using the digital model, which component has a further bearing point or more further bearing points beyond the load introduction point and the load discharge point. In particular, at least the one additional (e.g. third) bearing point is fixed or defined, which can for example form an additional load application point or an additional load transfer point. In this context it is conceivable that the respective fiber strand is arranged between the bearing points in such a way that the fiber strand runs directly between a first bearing point and a last bearing point, for example the third bearing point. In addition, it is conceivable that the fiber strand runs from the first of the storage points via further storage points and finally to the last of the storage points. A type of star topology is also conceivable, with this star topology being able to be represented by a single fiber strand or by a multiplicity of fiber strands. This applies analogously, alternatively or additionally, to the connection of the support points by means of a single fiber strand or by means of the multiplicity of fiber strands.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist ein Verstärkungsfaserstrang vorgesehen, der in dem Modell simuliert wird, wobei dieser Verstärkungsfaserstrang und der jeweilige Faserstrang schräg zueinander angeordnet werden. Das bedeutet, dass der als der Verstärkungsfaserstrang ausgebildete bzw. simulierte Verstärkungsfaserstrang und wenigstens einer der zuvor beschriebenen Faserstränge zumindest abschnittsweise schräg zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Verstärkungsfaserstrang und der entsprechende der zuvor beschriebenen Faserstränge anders als parallel zueinander angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass eine schwache Materialbelastbarkeit eines Faserkunststoffverbundes quer zum jeweiligen Faserstrang durch den Verstärkungsfaserstrang stabilisiert wird.In a further advantageous embodiment of the method, a reinforcing fiber strand is provided, which is simulated in the model, with this reinforcing fiber strand and the respective fiber strand being arranged at an angle to one another. This means that the reinforcing fiber strand designed or simulated as the reinforcing fiber strand and at least one of the previously described NEN fiber strands are at least partially arranged obliquely to each other. For example, it can be provided that the reinforcing fiber strand and the corresponding one of the previously described fiber strands are arranged other than parallel to one another. This has the advantage that a weak material load-bearing capacity of a fiber-reinforced plastic composite is stabilized transversely to the respective fiber strand by the reinforcing fiber strand.
In alternativer oder zusätzlicher Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Verstärkungsfaserstrang bzw. ein weiterer Verstärkungsfaserstrang durch einen der zuvor beschriebenen Faserstränge gebildet wird. Demnach wird der Verstärkungsfaserstrang beispielsweise parallel zu dem entsprechenden der zuvor beschriebenen Faserstränge angeordnet. Hierbei weist dieser Verstärkungsfaserstrang insbesondere gleiche Verbindungsstellen wie der entsprechende der zuvor beschriebenen Faserstränge auf. Folglich können der Verstärkungsfaserstrang und der entsprechende der zuvor beschriebenen Faserstränge zumindest abschnittsweise zueinander parallel angeordnet werden.In an alternative or additional configuration, it can be provided that the reinforcing fiber strand or a further reinforcing fiber strand is formed by one of the fiber strands described above. Accordingly, the reinforcing fiber strand is arranged, for example, parallel to the corresponding one of the previously described fiber strands. In this case, this reinforcing fiber strand has in particular the same connection points as the corresponding fiber strands described above. Consequently, the reinforcing fiber strand and the corresponding one of the previously described fiber strands can be arranged parallel to one another, at least in sections.
Durch einen solchen Verstärkungsfaserstrang werden bereits bestehende Materialbrücken weiter verstärkt, wodurch diese bestehenden Materialbrücken besonders stabil ausgebildet werden, beispielsweise um die auf das Bauteil wirkende Last in besonders effizienter Weise aufzunehmen und/oder zwischen den Lagerungspunkten bzw. Stützpunkten weiterzuleiten.Existing material bridges are further reinforced by such a reinforcing fiber strand, as a result of which these existing material bridges are made particularly stable, for example in order to absorb the load acting on the component in a particularly efficient manner and/or to transfer it between the bearing points or support points.
Wie bereits dargelegt handelt es sich bei dem Verstärkungsfaserstrang um einen Faserstrang, der beispielsweise gleich zu einem zuvor beschriebenen der Faserstränge sein kann. Infolgedessen ist bei dem Verfahren gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass der Faserstrang, dem der Randbedingungssatz zugewiesen wird, der Verstärkungsfaserstrang ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist insbesondere vorgesehen, dass der Randbedingungssatz, das heißt eine Randbedingung oder mehr Randbedingungen, dem Verstärkungsfaserstrang zugewiesen wird/werden, sodass der Verstärkungsfaserstrang in dem Modell basierend auf dem Randbedingungssatz simuliert wird. Dies führt dazu, dass der Verstärkungsfaserstrang besonders vielseitig bzw. flexibel zum Erreichen eines gewünschten Zieldesigns des Bauteils eingesetzt wird, indem dieser Verstärkungsfaserstrang in dem fertigen Bauteil eine Vielzahl von Funktionen erfüllt.As already explained, the reinforcing fiber strand is a fiber strand which, for example, can be the same as one of the fiber strands described above. Consequently, in the method according to a further advantageous embodiment it is provided that the fiber strand to which the set of boundary conditions is assigned is the reinforcing fiber strand. According to this embodiment, it is provided in particular that the set of boundary conditions, ie one or more boundary conditions, is/are assigned to the reinforcing fiber strand so that the reinforcing fiber strand is simulated in the model based on the boundary condition set. As a result, the reinforcing fiber strand is used in a particularly versatile and flexible manner to achieve a desired target design of the component, in that this reinforcing fiber strand fulfills a large number of functions in the finished component.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird - beispielsweise in, vor oder nach Schritt S1 - eine Vielzahl von voneinander unterschiedlichen Modellen bereitgestellt. Danach wird das jeweilige Modell einer Zielerreichungsanalyse unterzogen und basierend auf Ergebnissen der Zielerreichungsanalyse einer Optimierungsgruppe oder einer Ausschussgruppe zugewiesen. Das Verfahren wird dann ab Schritt S2 jeweils nur auf die Modelle der Optimierungsgruppe angewendet. Mit anderen Worten wird vor Schritt S1 mittels einer Bestenauslese aus der Vielzahl der Modelle die Optimierungsgruppe erstellt, die wenigstens ein Modell oder mehr Modelle aufweist. Die Bestenauslese bildet anschließend die Basis für die nächste Optimierungsgruppe. Diese Optimierungsgruppe wird durch Variation der Bestenauslese gebildet. Infolgedessen ist das Verfahren besonders effizient, da eine Wahrscheinlichkeit steigt, mittels des Verfahrens zu dem gewünschten Zieldesign des Bauteils zu gelangen. Ferner werden lokale Minima in einem Optimierungsproblem überwunden, was ebenfalls vorteilhaft ist. Es ist in vorteilhafter Weise bei dem Verfahren besonders unwahrscheinlich, zu einem Bauteil zu gelangen, dessen Zieldesign unzweckmäßig und/oder unerwünscht ist.According to a further advantageous embodiment of the method--for example in, before or after step S1--a multiplicity of mutually different models are provided. The respective model is then subjected to a goal achievement analysis and assigned to an optimization group or a committee group based on the results of the goal achievement analysis. From step S2, the method is then applied only to the models of the optimization group. In other words, before step S1, the optimization group, which has at least one model or more models, is created by selecting the best from the large number of models. The selection of the best then forms the basis for the next optimization group. This optimization group is formed by varying the selection of the best. As a result, the method is particularly efficient since the probability of achieving the desired target design of the component by means of the method increases. Furthermore, local minima are overcome in an optimization problem, which is also advantageous. Advantageously, the method is particularly unlikely to arrive at a component whose target design is inappropriate and/or undesirable.
Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn zum Sicherstellen einer Herstellbarkeit vor dem Bereitstellen des digitalen Bauteilmodells eine zum Herstellen des Bauteils abzufahrende Bewegungstrajektorie eines Herstellungswerkzeugs der Fertigungseinheit simuliert wird. Beispielsweise kann hierdurch festgestellt werden, ob beim Fertigen bzw. Herstellen des Bauteils das Herstellungswerkzeug Bewegungen auszuführen hätte, die aufgrund einer Geometrie des Herstellungswerkzeugs und/oder der Fertigungseinheit nicht möglich wären. So kann zum Beispiel eine Kollisionsprüfung durchgeführt werden, wobei untersucht wird, ob das Herstellungswerkzeug beim Abfahren der Bewegungstrajektorie an ein anderes Objekt stoßen würde. Bei diesem Objekt kann es sich beispielsweise um ein Element des Herstellungswerkzeugs bzw. der Fertigungseinheit und/oder um eine Materialkomponente des Bauteils handeln. Das Objekt kann auch durch eine, für den Druck benötigte, Supportstruktur gebildet sein. Insofern ist das Verfahren zum Herstellen des Bauteils hinsichtlich eines Gesamtprozessablaufs besonders effizient, da das Verfahren in dieser Ausgestaltung eine Prozesssimulation aufweist, die Aufschluss darüber gibt, ob das Bauteil anhand des digitalen Bauteilmodells tatsächlich herstellbar ist. Eine solche Kollisionsprüfung bzw. das Überprüfen der Bewegungstrajektorie kann insbesondere erfolgen, nachdem ein Matrixmaterial und/oder ein Faserstrang simulativ zu dem Modell hinzugefügt worden ist.It has also proven to be advantageous if, in order to ensure manufacturability, before the digital component model is provided, a movement trajectory of a production tool of the production unit to be traversed in order to produce the component is simulated. For example, it can be determined in this way whether, when the component is manufactured or produced, the production tool would have to perform movements that would not be possible due to the geometry of the production tool and/or the production unit. For example, a collision check can be carried out, in which it is examined whether the production tool would hit another object when following the movement trajectory. This object can be, for example, an element of the production tool or the production unit and/or a material component of the component. The object can also be formed by a support structure required for printing. In this respect, the method for producing the component is particularly efficient with regard to an overall process flow, since the method in this embodiment has a process simulation that provides information as to whether the component can actually be produced using the digital component model. Such a collision check or the checking of the movement trajectory can be carried out in particular after a matrix material and/or a fiber strand has been added to the model in a simulative manner.
Das hierin beschriebene Verfahren ist besonders effizient und zweckmäßig im Zusammenhang mit einem generativen bzw. additiven Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Drucken, anwendbar. Das bedeutet, dass gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens das Bauteil anhand des digitalen Bauteilmodells mittels des generativen bzw. additiven Fertigungsverfahrens, beispielsweise des 3D-Druckens, hergestellt wird. Denn mittels eines solchen generativen Fertigungsverfahrens sind Bauteile erzeugbar, die eine besonders komplexe Geometrie aufweisen, die beispielsweise durch die Materialbrücken gegeben ist.The method described here can be used particularly efficiently and expediently in connection with a generative or additive manufacturing method, in particular 3D printing. This means that according to a further advantageous embodiment of the method, the component is produced using the digital component model using the generative or additive manufacturing process, for example 3D printing. Because by means of such a generative manufacturing process, components can be produced that have a particularly complex geometry, which is given, for example, by the material bridges.
Kommt es dazu, dass im Zusammenhang mit dem Herstellverfahren festgestellt wird, dass die Supportstruktur beim Ausbilden des Bauteils erforderlich ist, ist vorgesehen, dass die Supportstruktur bei der Prozesssimulation derart berücksichtigt wird. Die Supportstruktur ist eine von der Fertigungseinheit bzw. von dem 3D-Drucker produzierte Stütze aus dem gleichen Material, das auch zum Herstellen des Bauteils verwendet wird. Anders ausgedrückt, wird unter dem Herstellen des Bauteils mittels des 3D-Druckers die Supportstruktur mitgefertigt, sofern die Supportstruktur für das bestimmungsgemäße Herstellen des Bauteils erforderlich ist. Mittels dieser Stütze bzw. mittels der Supportstruktur wird ein Abschnitt/Bereich des zu fertigenden Bauteils gegen eine Arbeitsfläche der Fertigungseinheit abgestützt, insbesondere so lange, bis das Material ausgehärtet und selbst tragfähig ist. Ein solcher Bereich/Abschnitt wird mittels einer jeweiligen Supportstruktur gestützt, wenn eine erste Materiallage und/oder Faserstranglage beim Drucken von der Arbeitsfläche so weit beabstandet ist, dass diese Lage („Layer“) nicht von sich aus Form und positionelle Lage behalten würde.If, in connection with the manufacturing process, it is determined that the support structure is necessary when the component is formed, provision is made for the support structure to be taken into account in the process simulation. The support structure is a support produced by the manufacturing unit or 3D printer from the same material used to manufacture the part. In other words, the support structure is also produced when the component is produced using the 3D printer, provided the support structure is required for the intended production of the component. A section/area of the component to be manufactured is supported against a work surface of the manufacturing unit by means of this support or by means of the support structure, in particular until the material has hardened and is itself capable of bearing loads. Such an area/section is supported by means of a respective support structure if a first layer of material and/or fiber strand layer is so far away from the work surface during printing that this layer (“layer”) would not retain its shape and position by itself.
Das Verfahren profitier von einer additiven Optimierungsprozedur. Eine schrittweise Erzeugung von Material in einem definierten Bauraum, der zunächst simulativ in Form des Modells abgebildet wird, sowie auszudruckende bzw. gemäß dem Bauteilmodell anzuordnende Material wird hinsichtlich seiner Fertigbarkeit durch eine Prozesssimulation bewertet und hinsichtlich seiner mechanischen Performance einer Fitnessbewertung unterzogen. So lässt sich das volle Potential eines tatsächlichen 3D-Druckens, im Gegensatz zum regulären 2,5D-Drucken, nutzen, etwa mittels 5-Achs-Druckmaschinen.The method benefits from an additive optimization procedure. A step-by-step production of material in a defined installation space, which is initially simulated in the form of the model, as well as material to be printed out or arranged according to the component model, is evaluated with regard to its manufacturability by a process simulation and subjected to a fitness evaluation with regard to its mechanical performance. In this way, the full potential of actual 3D printing, in contrast to regular 2.5D printing, can be used, for example using 5-axis printing machines.
Da besonders viele Materialien, welche mittels eines additiven Fertigungsverfahrens verarbeitbar oder weiterverarbeitbar sind, ein anisotropes Materialverhalten aufweisen, ist das vorgestellte Optimierungsverfahren auch zum Herstellen klassischer nicht-faserverstärkter Bauteile anwendbar. Hier ist beispielsweise eine Berücksichtigung von schwachen Zwischen-Layer-Verbindungen im klassischen unverstärkten additiven Polymer- oder Metalldruck möglich.Since many materials that can be processed or further processed using an additive manufacturing process show anisotropic material behavior, the presented optimization process can also be used to manufacture classic non-fiber-reinforced components. Here, for example, weak inter-layer connections in classic unreinforced additive polymer or metal printing can be taken into account.
Überdies hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mittels eines 3D-Faserstrang-Druckens die jeweilige Faser räumlich angeordnet wird, wobei die jeweilige Faser und der jeweilige Matrixmaterialmantel miteinander zu dem jeweiligen Faserstrang coextrudiert und gleichzeitig gemäß dem digitalen Bauteilmodell positionell angeordnet werden. Das bedeutet, dass bei dem 3D-Faserstrang-Drucken einem Druckkopf eines 3D-Faserstrang-Druckers gleichzeitig das Matrixmaterial und die jeweilige Faser zugeführt werden, sodass der 3D-Faserstrang-Drucker aus dem (insbesondere aufgeschmolzenen) Matrixmaterial und der Faser den Faserstrang druckt. Es ergibt sich so ein besonders vorteilhafter Materialverbund zwischen nacheinander gedruckten Fasersträngen, beispielsweise indem die einzelnen Faserstränge mit noch zumindest teilweise aufgeschmolzenem Matrixmaterialmantel direkt aneinander angrenzend bzw. einander direkt berührend angeordnet werden, sodass unter einem Aushärten der Matrixmaterialmäntel die nacheinander ausgedruckten und angeordneten Faserstränge stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Sind alle gedruckten Matrixmaterialmäntel ausgehärtet, ergibt sich so ein Matrixmaterialblock, der von den Fasern durchzogen ist, sodass das Bauteil als das faserverstärkte Bauteil ausgebildet wird.In addition, it has proven to be advantageous if the respective fiber is spatially arranged by means of 3D fiber strand printing, the respective fiber and the respective matrix material sheath being coextruded with each other to form the respective fiber strand and at the same time being positioned according to the digital component model. This means that during 3D fiber strand printing, the matrix material and the respective fiber are fed to a print head of a 3D fiber strand printer at the same time, so that the 3D fiber strand printer prints the fiber strand from the (especially melted) matrix material and the fiber. This results in a particularly advantageous material composite between fiber strands printed one after the other, for example by the individual fiber strands with the matrix material jacket still at least partially melted being arranged directly adjacent to one another or directly touching one another, so that the fiber strands printed and arranged one after the other are bonded to one another while the matrix material jackets harden will. Once all the printed matrix material coats have hardened, a block of matrix material results, which is permeated by the fibers, so that the component is designed as the fiber-reinforced component.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations without departing from the scope of the invention .
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils; -
2 zeigt eine schematische Ansicht eines digitalen Modells mit Lagerungspunkten und einer Materialkomponente; -
3 zeigt eine schematische Ansicht des Modells, wobei ein spannungsarmer Anteil der Materialkomponente simulativ weggenommen wird; -
4 zeigt eine schematische Ansicht des Modells, wobei ein Faserstrang simulativ hinzugefügt wird; -
5 zeigt eine schematische Ansicht des Modells, wobei ein weiterer spannungsarmer Anteil der Materialkomponente simulativ weggenommen wird.
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1 shows a flowchart to clarify a method for producing a component; -
2 shows a schematic view of a digital model with support points and a material component; -
3 shows a schematic view of the model, wherein a low-stress part of the material component is removed in simulation; -
4 Fig. 12 shows a schematic view of the model with a fiber strand being added as a simulation; -
5 shows a schematic view of the model, with another low-stress Share of the material component is removed simulatively.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
In einem Schritt S1 des Verfahrens wird das digitale Modell 2 bereitgestellt, wobei das digitale Modell 2 zwei voneinander beabstandete Lagerungspunkte 3 aufweist. Die Lagerungspunkte 3 sind in dem digitalen Modell 2 beispielsweise als ein Lasteinleitungspunkt 4 bzw. als ein Lastausleitungspunkt 5 ausgebildet. Im Schritt S1 wird des Weiteren das digitale Modell 2 bereitgestellt, indem die Lagerungspunkte 3, 4, 5 mittels einer Materialkomponente 6 verbunden werden. Das bedeutet, dass zum Erstellen des digitalen Modells 2 sowohl die Lagerungspunkte 3, 4, 5 als auch die Materialkomponente 6 simuliert werden. Hierbei wird die Materialkomponente 6 als ein zunächst faserfreies Matrixmaterial 7 oder als ein Faserstrang 8 simuliert.In a step S1 of the method, the digital model 2 is provided, the digital model 2 having two bearing points 3 spaced apart from one another. The bearing points 3 are formed in the digital model 2 as a load introduction point 4 or as a load discharge point 5, for example. Furthermore, in step S1 the digital model 2 is provided by the bearing points 3 , 4 , 5 being connected by means of a
Das digitale Modell 2 wird einem Schritt S2 des Verfahrens bereitgestellt, in welchem eine an das Modell 2 angreifende Last 9 simuliert wird, welche beispielsweise über den Lasteinleitungspunkt 4 in die Materialkomponente 6 und in den Lastausleitungspunkt 5 geleitet wird. Hierbei treten in der Materialkomponente 6, das heißt in dem Matrixmaterial 7 oder in dem Fahrerstrang 8 mechanische Spannungen auf, die mittels einer Spannungsanalyse im Schritt S2 erfasst werden. Bei der Last 9 handelt es sich beispielsweise um eine Kraft, welche in dem Modell 2 derart simuliert wird, dass die simulierte Kraft bzw. Last 9 einer realen Kraft bzw. Last entspricht, die im tatsächlichen Einsatz des Bauteils 1, das heißt wenn dieses gefertigt bzw. hergestellt ist, zu erwarten ist.The digital model 2 is made available to a step S2 of the method, in which a load 9 acting on the model 2 is simulated, which is conducted, for example, via the load introduction point 4 into the
In einem weiteren Schritt S3 des Verfahrens wird basierend auf Ergebnissen der Spannungsanalyse (siehe Schritt S2) auf das Modell 2 ein Algorithmus angewendet. Das Modell 2 repräsentiert Eingangsdaten, die mittels des Algorithmus bearbeitet werden. Hierbei werden in der Materialkomponente 6, das heißt in dem Matrixmaterial 7 oder in dem Faserstrang 8, Lastpfade zwischen den Lagerungspunkten 3, 4, 5 ermittelt bzw. identifiziert. Diese Lastpfade gehen mit spannungsreichen Anteilen der Materialkomponente 6 einher. Beispielsweise verlaufen die Lastpfade in den spannungsreichen Anteilen der Materialkomponente 6. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Lastpfade zwischen den Lagerungspunkten 3, 4, 5 durch die spannungsreichen Anteile der Materialkomponente 6 gebildet werden, sobald die Last 9 simulativ auf das Bauteil 1 bzw. auf das digitale Modell 2 aufgebracht wird.In a further step S3 of the method, an algorithm is applied to the model 2 based on the results of the stress analysis (see step S2). Model 2 represents input data that is processed using the algorithm. In this way, load paths between the bearing points 3, 4, 5 are determined or identified in the
In einem Schritt S4 wird hiernach ein Wegnehmen von spannungsarmen Materialanteilen 10 der Materialkomponente 6 simuliert. Mit anderen Worten wird das Modell 2, das - zu diesem Verfahrensstand noch grob - das zu fertigenden Bauteil 1 bzw. ein Bauteilmodell repräsentiert, um die spannungsarmen Materialanteile 10 reduziert.A removal of low-
Indem das Modell 2 um die spannungsarmen Materialanteile 10 reduziert wird, wird in einem weiteren Schritt S5 des Verfahrens das digitale Bauteilmodell erzeugt, welches in einem Schritt S6 einer Fertigungseinheit bereitgestellt wird. Infolgedessen geht aus dem Modell 2 durch das simulative Wegnehmen der spannungsarmen Materialanteile 10 das Bauteilmodell hervor, sodass das Bauteil 1 anhand des Bauteilmodells mittels der Fertigungseinheit herstellbar bzw. produzierbar ist.By the model 2 being reduced by the low-
Die Fertigungseinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, das Bauteil anhand des digitalen Bauteilmodells mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, beispielsweise 3D-Druckens, herzustellen. Das bedeutet für das Verfahren, dass das Bauteil mittels der Fertigungseinheit generativ bzw. additiv hergestellt wird.The production unit is designed in particular to produce the component based on the digital component model using an additive manufacturing process, for example 3D printing. For the process, this means that the component is produced generatively or additively by means of the production unit.
Es ist besonders bevorzugt, wenn vor dem Bereitstellen des digitalen Bauteilmodells, das heißt vor dem Schritt S6, beispielsweise in einem nach dem Schritt S5 bereitgestellten Schritt S5a, eine Bewegungstrajektorie eines Herstellungswerkzeugs der Fertigungseinheit simuliert wird. Das bedeutet, dass das Verfahren eine Prozesssimulation aufweist, anhand derer feststellbar ist oder festgestellt wird, ob das Bauteil 1 tatsächlich hergestellt werden kann, ohne dass das Herstellungswerkzeug an ein anderes Objekt anstößt, wenn das Herstellungswerkzeug die Bewegungstrajektorie zum Herstellen des Bauteils abfährt. Bei diesem anderen Objekt kann sich beispielsweise um eine der Materialkomponenten 6 handeln, die im Laufe des Verfahrens dem Modell 2, das heißt dem digitalen Bauteilmodell, hinzugefügt worden ist. Ferner kann es sich bei dem Objekt um ein Element der Fertigungseinheit handeln, beispielsweise um einen bewegbaren Arm, beispielsweise Roboterarm, um ein Portalelement etc., wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Herstellungswerkzeug mittels des Arms bzw. Roboterarms und/oder mittels des Portalelements entlang der Bewegungstrajektorie geführt wird, um das Bauteil 1 herzustellen, beispielsweise auszudrucken oder eine Supportstruktur des zu druckenden Bauteils. Das Bauteil 1, das mittels des vorliegenden Verfahrens hergestellt und insbesondere optimiert wird, weist gegebenenfalls eine besonders komplexe Geometrie auf, sodass diese komplexe Geometrie auf Fertigbarkeit bzw. Prozesssicherheit hin zu überprüfen ist.It is particularly preferred if a movement trajectory of a production tool of the production unit is simulated before the digital component model is provided, ie before step S6, for example in a step S5a provided after step S5. This means that the method has a process simulation, which can be used to determine or determine whether the component 1 can actually be manufactured without the production tool hitting another object when the production tool follows the movement trajectory for producing the component. This other object can be, for example, one of the
Wenn beim Verfahren das Modell 2 derart simuliert wird, dass die Materialkomponente 6 als das zunächst faserfreie Matrixmaterial 7 simuliert wird, erfolgt im Schritt S4 das simulative Wegnehmen der spannungsarmen Materialanteile 10, indem spannungsarme Anteile des Matrixmaterials 7 simulativ weggenommen werden. Wird das Modell 2 stattdessen derart simuliert, dass die Materialkomponente 6 als der Faserstrang 8 simuliert wird, erfolgt in Schritt S4 das simulative Wegnehmen der spannungsarmen Materialanteile 10, indem simulativ spannungsarme Anteile des Faserstranges 8 weggenommen werden.If the model 2 is simulated in the method in such a way that the
Sofern hierin von einem Faserstrang, beispielsweise dem Faserstrang 8 und/oder gegebenenfalls weiteren Fasersträngen, die Rede ist, weist der jeweilige Faserstrang wenigstens eine Einzelfaser und einen Matrixmaterialmantel auf, wobei die Einzelfaser oder Einzelfasern von dem Matrixmaterialmantel ummantelt ist/sind. Infolgedessen wird in diesem Fall im Schritt S4 simuliert, dass spannungsarme Anteile der Einzelfaser und/oder des Matrixmaterialmantels weggenommen werden/wird.If a fiber strand is mentioned here, for example the
Nach Schritt S4, das heißt nach dem simulativen Wegnehmen der spannungsarmen Materialanteile 10, beispielsweise in einem Schritt S4a, wird die Materialkomponente 6 um einen weiteren Faserstrang 11 ergänzt, derart, dass mittels des weiteren Faserstrangs 11 die Lagerungspunkte 3, 4, 5 miteinander verbunden werden. Das bedeutet, dass - wenn das Modell 2 mit der als das zunächst faserfreie Matrixmaterial 7 ausgebildeten Materialkomponente 6 bereitgestellt wird - das zunächst faserfreie Matrixmaterial 7 um den Faserstrang 11 ergänzt wird, wobei dann der Faserstrang 11 einen ersten Faserstrang des Modells 2 bzw. des Bauteils 1 bildet. Dahingegen - wenn das Modell 2 mit der als der Faserstrang 8 ausgebildet Materialkomponente 6 bereitgestellt wird - bildet der Faserstrang 11 einen zu dem Faserstrang 8 zusätzlichen bzw. weiteren Faserstrang 11. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn, beispielsweise in Schritt S4a, iterativ der weitere Faserstrang 11 hinzugefügt wird und ein Wegnehmen von spannungsarmen Anteilen dieses weiteren Faserstrangs 11 simuliert wird. Hierzu kann der Schritt S4 beispielsweise eine weitere Spannungsanalyse umfassen, anhand derer der weitere Faserstrang 11 untersucht wird, inwieweit der weitere Faserstrang 11 zu einer Stabilität und/oder zu dem Erreichen eines erwünschten Zieldesigns des Bauteils 1 beiträgt.After step S4, i.e. after the simulative removal of the low-
In
Es ist im vorliegenden Beispiel weiter vorgesehen, dass dem jeweiligen Faserstrang, beispielsweise dem Faserstrang 8 und/oder dem Faserstrang 11, ein Randbedingungssatz R zugewiesen wird, um beim Simulieren des jeweiligen Faserstrangs 8, 11 eine räumliche Anordnung einzuschränken. Das bedeutet, dass beim Simulieren des jeweiligen Faserstrangs 8, 11 in dem Modell 2 und infolgedessen in dem digitalen Bauteilmodell das räumliche Anordnen des jeweiligen Faserstrangs 8, 11 auf dem Randbedingungssatz R basiert. Der Randbedingungssatz R weist eine Randbedingung oder mehr Randbedingungen auf, sodass beispielsweise eine erste Randbedingung des Randbedingungssatzes R das räumliche Anordnen des jeweiligen Faserstrangs 8, 11 derart einschränkt, dass dieser die Lagerungspunkte 3, 4, 5 über einen Stützpunkt 12 oder mehrere Stützpunkte 12 (siehe
Der Randbedingungssatz R kann eine weitere Randbedingung aufweisen, sodass ein weiterer Lagerungspunkt (nicht dargestellt) dem Modell 2 hinzugefügt wird. Dieser weitere Lagerungspunkt ist insbesondere als ein weiterer Lasteinleitungspunkt und/oder ein weiterer Lastausleitungspunkt ausgebildet. Wie in den
Wenn in dem Verfahren das Modell 2 derart simuliert wird, dass die Materialkomponente 6 als der Faserstrang 8 ausgebildet wird, kann dem Modell 2 ein weiterer Faserstrang (nicht dargestellt) als ein Verstärkungsfaserstrang hinzugefügt werden, der insbesondere parallel zu dem Faserstrang 8 und/oder parallel zu dem Faserstrang 11 verläuft. Es kann weiter vorgesehen sein, dass, indem der weitere Faserstrang 11 hinzugefügt wird, der Verstärkungsfaserstrang gebildet wird. Mit anderen Worten kann der weitere Faserstrang 11 den Verstärkungsfaserstrang darstellen. Wird das Modell 2 derart simuliert, dass die Materialkomponente 6 als das zunächst faserfreie Matrixmaterial 7 ausgebildet wird, ist vorgesehen, dass der Verstärkungsfaserstrang zusätzlich zu dem Faserstrang 11 ausgebildet wird, wobei in diesem Fall der Faserstrang 11 der erste Faserstrang für das zunächst faserfreie Matrixmaterial 7 ist. In bevorzugter Weise wird der Verstärkungsfaserstrang schräg zu dem jeweiligen Faserstrang 8, 11 ausgebildet, sodass sich letztendlich für das Bauteil 1 entlang des jeweiligen Faserstrangs 8, 11 und entlang des Verstärkungsfaserstrangs jeweils eine besonders hohe Zugfestigkeit ergibt.If the model 2 is simulated in the method in such a way that the
Es ist zu verstehen, dass der Verstärkungsfaserstrang sich lediglich hinsichtlich seiner positionellen Anordnung von den anderen hierin beschriebenen Fasersträngen, beispielsweise von den Fasersträngen 8, 11, unterscheidet. Das bedeutet, dass der Verstärkungsfaserstrang hinsichtlich einer Materialzusammensetzung und insbesondere hinsichtlich eines Fertigens bzw. Herstellens gleich den anderen hierin beschriebenen Fasersträngen ausgebildet ist oder wird. In Konsequenz ist also dem Verstärkungsfaserstrang der Randbedingungssatz R zuweisbar, was für das Verfahren bedeutet, dass der Verstärkungsfaserstrang basierend auf dem Randbedingungssatz R, insbesondere auf einer oder mehr der Randbedingungen, simuliert wird.It is to be understood that the reinforcing fiber strand differs from the other fiber strands described herein, for example the
Zum Herstellen des Bauteils 1 kommt insbesondere ein 3D-Faserstrang-Drucken zum Einsatz, wobei der jeweilige Faserstrang mittels der Fertigungseinheit, die vorliegend als ein 3D-Faserstrang-Drucker ausgebildet ist, in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt und räumlich angeordnet wird. Das Erzeugen und das räumliche Anordnen des jeweiligen Faserstrangs erfolgt hierbei basierend auf dem Bauteilmodell, das im Schritt S6 des Verfahrens der Fertigungseinheit, das heißt dem 3D-Faserstrang-Drucker, bereitgestellt wird oder wurde. Der 3D-Faserstrang-Drucker erzeugt den jeweiligen Faserstrang, das heißt den Faserstrang 8, den Faserstrang 11, den Verstärkungsfaserstrang und/oder weitere für das Bauteil 1 erforderliche Faserstränge, indem der 3D-Faserstrang-Drucker die jeweilige Einzelfaser räumlich anordnet, während die jeweilige Einzelfaser und ein zugehöriger Matrixmaterialmantel, beispielsweise aus dem Matrixmaterial 7, miteinander zu dem jeweiligen Faserstrang coextrudiert werden. Hierbei liegt beim Herstellen des jeweiligen Faserstrangs das Matrixmaterial 7 zunächst in aufgeschmolzener bzw. pastöser Form vor, sodass das aufgeschmolzene bzw. pastöse Matrixmaterial 7 einem Druckkopf des 3D-Faserstrang-Druckers zugeführt wird, während dem Druckkopf die Einzelfaser, beispielsweise Carbonfaser oder Kohlenstofffaser, zugeführt wird.3D fiber strand printing is used in particular to produce the component 1, with the respective fiber strand being produced and spatially arranged in a single operation by means of the production unit, which is designed here as a 3D fiber strand printer. The production and the spatial arrangement of the respective fiber strand takes place based on the component model that is or was provided in step S6 of the method of the production unit, ie the 3D fiber strand printer. The 3D fiber strand printer produces the respective fiber strand, i.e. the
Insbesondere wird in, vor oder nach dem Schritt S1, etwa in einem Schritt S1a, eine Vielzahl von voneinander unterschiedlichen Modellen 2 bereitgestellt. In diesem Fall folgt auf den Schritt S1 bzw. S1a ein weiterer Schritt S1b, in welchem das jeweilige Modell 2 aus der Vielzahl der voneinander unterschiedlichen Modelle 2 einer Zielerreichungsanalyse unterzogen wird und basierend auf Ergebnissen dieser Zielerreichungsanalyse einer Optimierungsgruppe oder einer Ausschussgruppe zugewiesen wird. Wird also mittels der Zielerreichungsanalyse für das jeweilige Modell 2 festgestellt, dass eine Optimierung mittels des Verfahrens lohnenswert ist, wird dieses Modell der Optimierungsgruppe zugewiesen. Darunter ist beispielsweise zu verstehen, dass das jeweilige Modell 2 dahingehend mittels der Zielerreichungsanalyse untersucht wird, ob durch das Verfahren, insbesondere mit einer dem Verfahren innewohnenden Topologieoptimierung, ein gewünschtes Zieldesign des Bauteils 1 erreichbar ist.In particular, a multiplicity of models 2 that differ from one another are provided in, before or after step S1, for example in a step S1a. In this case, step S1 or S1a is followed by a further step S1b, in which the respective model 2 from the plurality of different models 2 is subjected to a goal achievement analysis and based on the results of this goal achievement analysis is assigned to an optimization group or a scrap group. If it is determined by means of the target achievement analysis for the respective model 2 that optimization using the method is worthwhile, this model is assigned to the optimization group. This means, for example, that the respective model 2 is examined by means of the target achievement analysis to determine whether a desired target design of the component 1 can be achieved by the method, in particular with a topology optimization inherent in the method.
Für die weiteren Schritte des Verfahrens ist dann vorgesehen, dass lediglich die Modelle 2 aus der Optimierungsgruppe dem Verfahren unterzogen werden. Insoweit kann das Verfahren nacheinander auf die Modelle 2 der Optimierungsgruppe angewendet werden. Es ist ferner möglich, dass die Modelle 2 der Optimierungsgruppe zeitlich überlappend, insbesondere gleichzeitig, dem hierin beschriebenen Verfahren unterzogen werden. Vorstehend ist das Verfahren anhand eines Modells 2 beschrieben, wobei dieses Modell 2 entweder der Optimierungsgruppe entstammt oder als einziges Modell 2 für das Verfahren vorliegt.For the further steps of the method it is then provided that only the models 2 from the optimization group are subjected to the method. In this respect, the method can be applied to the models 2 of the optimization group in succession. It is also possible for the models 2 of the optimization group to be subjected to the method described here in a temporally overlapping manner, in particular simultaneously. The method is described above using a model 2, this model 2 either coming from the optimization group or being the only model 2 for the method.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein besonders effizientes Verfahren zum Herstellen des insbesondere faserverstärkten Bauteils 1 durchgeführt wird, wobei das Verfahren eine Topologieoptimierung aufweist, die beispielsweise mittels eines geeigneten Computerprogramms, etwa FEM-Programms, durchführbar ist, um das Bauteilmodell zu optimieren. Das bedeutet, dass das Bauteil zur Optimierung desselben zunächst nicht körperlich herzustellen ist, sodass durch das Verfahren einem Gedanken an eine ökologisch und ökonomisch besonders günstige Fertigung des Bauteils 1 in besonderem Maße Rechnung getragen ist.Overall, the examples show how a particularly efficient method for producing the in particular fiber-reinforced component 1 is carried out, the method having a topology optimization that can be carried out, for example, using a suitable computer program, such as an FEM program, in order to optimize the component model. This means that the component does not initially have to be physically produced in order to optimize it, so that the method takes particular account of the idea of an ecologically and economically particularly favorable production of the component 1 .
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Bauteilcomponent
- 22
- Modellmodel
- 33
- Lagerungspunktestorage points
- 44
- Lasteinleitungspunktload application point
- 55
- Lastausleitungspunktload release point
- 66
- Materialkomponentematerial component
- 77
- Matrixmaterialmatrix material
- 88th
- Fahrerstrangdriver line
- 99
- Lastload
- 1010
- Materialanteilematerial proportions
- 1111
- Faserstrangfiber strand
- 1212
- Stützpunktbase
- RR
- Randbedingungssatz boundary condition set
- S1S1
- Verfahrensschrittprocess step
- S1aS1a
- Verfahrensschrittprocess step
- S1bS1b
- Verfahrensschrittprocess step
- S2S2
- Verfahrensschrittprocess step
- S3S3
- Verfahrensschrittprocess step
- S4S4
- Verfahrensschrittprocess step
- S4aS4a
- Verfahrensschrittprocess step
- S4bS4b
- Verfahrensschrittprocess step
- S5S5
- Verfahrensschrittprocess step
- S5aS5a
- Verfahrensschrittprocess step
- S6S6
- Verfahrensschrittprocess step
- SIS.I
- Iterationiteration
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2021/074913 WO2022063603A2 (en) | 2020-09-23 | 2021-09-10 | Method for manufacturing a part |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102020214603.9A Ceased DE102020214603A1 (en) | 2020-09-23 | 2020-11-19 | Process for manufacturing a component |
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-
2020
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-
2021
- 2021-09-10 WO PCT/EP2021/074913 patent/WO2022063603A2/en not_active Ceased
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022063603A2 (en) | 2022-03-31 |
| WO2022063603A3 (en) | 2022-05-19 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |