Rückführung fertigungs-, beanspruchungs- und funktionsgerechter Konstruktionsgeometrie aus Ergebnissen der Topologieoptimierung in den Produktentwicklungsprozess | Projektende im November 2022
Moderne Verfahren der Topologieoptimierung erlauben die Berechnung beanspruchungsgerechter Bauteilentwürfe auf Basis der Finiten‑Elemente-Methode. Jedoch stellt das Berechnungsergebnis lediglich einen abstrakten Designvorschlag dar. In einem aufwändigen Prozessschritt ist daraus eine fertigungs-, beanspruchungs- und funktionsgerechte Konstruktionsgeometrie zu erzeugen. Anstelle eines manuellen Vorgehens wurde in diesem Forschungsprojekt eine automatisierte Methode zur parametrischen und featurebasierten Rückführung von CAD-Geometrie in den Bauteilentwurf des Produktentwicklungsprozesses erforscht. Die Interpretation und Rekonstruktion basiert auf der Medial Axis Transformation. Hierbei wird dreidimensionale Geometrie durch ein vereinfachtes Flächenskelett in Kombination mit lokal genau aufgelösten Werten für die Querschnittstärke beschrieben. Diese geometrische Information dient als Grundlage für eigens implementierte Konstruktionsfeatures. So wird es möglich, strukturoptimierte Geometrien trotz komplizierter Form zu parametrisieren und darüber hinaus in einfacher Weise zu editieren. Mit den Ergebnissen dieses Forschungsprojekts wird die zeiteffiziente Ableitung einer Konstruktionsgeometrie aus Optimierungsergebnissen ermöglicht. Es können verschiedene Varianten einer Struktur untersucht und zusätzliche Gestaltungsrichtlinien und –vorgaben berücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine parametrisierte Änderung hinsichtlich verschiedener Fertigungsverfahren durchgeführt werden. Auch gewährt das Datenformat des Ergebnisses die Option, nachgelagerte Prozesse im Produktentwicklungsprozess, wie beispielsweise verschiedene Simulationen, durchzuführen. Letztlich tragen die praxisrelevanten Forschungsergebnisse zur Etablierung der Topologieoptimierung im Produktentwicklungsprozess bei. Die Methode befindet sich in Begutachtung zur Veröffentlichung im Journal of Computer-Aided Design and Applications. Auf dem Symposium Design for X 2022 in Hamburg wurde eine projektbezogene Veröffentlichung zum featurebasierten Gestaltentwurf ausgezeichnet.
Beitrag: 10.35199/dfx2022.21