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3D Druck Wettbewerb

Additive Fertigungstechnik-Vorlesung

Im Rahmen der Additiven Fertigungstechnikvorlesung an der Fakultät Mechanical and Medical Engineering (MME) der Hochschule Furtwangen wurde ein Wettbewerb zur Topologie-Optimierung eines 3D-Druckteils unter der Betreuung von Prof. Dr.-Ing. Bahman Azarhoushang ausgerichtet. Die Topologieoptimierung ist ein computerbasiertes Berechnungsverfahren, durch welches eine günstige Grundgestalt (Topologie) für Bauteile unter mechanischer Belastung ermittelt werden kann.

Insgesamt nahmen vier Gruppen mit je maximal zwölf Teilnehmern an dem Wettbewerb teil. Für die Konstruktion und Optimierung hatte jede Gruppe drei Wochen Zeit. Die Aufgabe bestand darin für eine gegebene Aufspannplatte, gegebene Belastungsfläche und gegebenem Bauraum eine Verbindung mit bestimmter Länge zu konstruieren. Die Bewertung des Wettbewerbs erfolgte durch das beste Verhältnis von Belastung zum zweifachen Gewicht des fertigen Teils.

Der 3D-Druck ermöglicht es, komplexe Geometrien herzustellen. Als 3D-Druck-Verfahren wurde das Fused Deposition Modeling (FDM) verwendet. Hierbei wird mit einer Düse eine Schicht von geschmolzenem Kunststofffilament aufgetragen, welche durch die Abkühlung erstarrt.  Der Drucker kann in drei Achsen verfahren und so die gewünschten Bauteile mit Hilfe einer Steuerung herstellen. Die 3D-Drucker-Software berechnet die Verfahrwege sowie die Füllung der Bauteile, und so können die Werte an die Steuerung übergeben werden.

Bei der Konstruktion der Siegergruppe wurde zunächst die Topologie (Grundgestalt) optimiert, hier wird durch ein computerbasiertes Berechnungsverfahren die günstigste Topologie unter mechanischer Belastung ermittelt. Im zweiten Schritt wurde, aufgrund der praktischen Erfahrungen der Studenten mit Konstruktion, 3D-Druck und den damit einhergehenden Fertigungsungenauigkeiten, das topologieoptimierte Bauteil nachkonstruiert und zusätzlich ein Aufmaß hinzugefügt. Anschließend wurde das Bauteil in der hochschuleigenen 3D-Druck-Werkstatt gedruckt, im Labor gewogen und mit einer Materialprüfmaschine die Belastbarkeit des Bauteils gemessen.