Cellular Loop

3D-gedruckter Freischwinger mit numerischer Optimierung nach Konstruktionsvorbildern der Natur

28. Januar 2015

Die Möglichkeiten der additiven Fertigung durch Lasersintern, FDM oder Stereolithographie machen Strukturen mit inneren Hohlräumen und einer Komplexität möglich, die bislang undenkbar war. Somit hat die Industrie Technologien an der Hand, mit denen der natürliche Aufbau von Knochen oder der hochfester Kieselalgen kopiert werden kann, um den Materialaufwand auf ein Minimum zu reduzieren. Dies ist vor allem im Hinblick auf den Leichtbau und die Gewichtsreduzierung von großem Interesse. Die Natur hat in Jahrmillionen Lösungen ausgebildet, die mit Blick auf das Verhältnis zwischen Materialeinsatz und Festigkeit optimiert sind.

Konturen mit identischen, quaderförmigen Zellen

Diese für Produktkonstruktionen nutzbar werden zu lassen, ist Ziel des Projekts “Bionic Manufacturing”. In diesem arbeiten Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg und für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und der Folkwang Universität der Künste in Essen an einem Prototypen für einen Freischwinger, der die Vorteile zur Gewichtsoptimierung auf ideale Weise erläutert. Der “Cellular Loop” wurde anlässlich der Orgatech 2014 in Köln und der Euromold 2014 in Frankfurt erstmals vorgestellt und deutet auf eindrucksvolle Weise die Vielfalt generativer Fertigung für die Zukunft an.

“Wir wollen von der Natur lernen, wie man optimal konstruiert”, erklärt Dr. Raimund Jaeger, Leiter der Abteilung Biomedizinische Materialien und Implantate am IWM. “Unser Part in diesem Projekt war es, mithilfe komplexer Rechenverfahren Strukturen nach dem Vorbild der Natur zu erzeugen, mit denen sich Produkte leicht und dennoch stabil gestalten lassen.” Dazu haben die Konstrukteure das gesamte Möbel entlang seiner Konturen in identische, quaderförmige Zellen unterteilt. Dieser Aufbau bildete die Grundlage für die numerische Simulation der mechanischen Qualitäten, um diese ideal auf die einwirkenden Kräfte auszurichten und die Wandstärken entsprechend anzupassen. Der Freischwinger wurde von Prof. Anke Bernotat gestaltet und mit der Lasersintertechnologie gefertigt.

www.bernotat.eu

www.iwm.fraunhofer.de

www.umsicht.fraunhofer.de

Bildquelle: Anke Bernotat