Simulationsgestützte Gestaltung von Multimaterialbauteilen mittels Topologieoptimierung für das Selektive Laserstrahlschmelzen

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der funktionsgerechten Gestaltung von additive gefertigten Multimaterialbauteilen mithilfe der Topologieoptimierung am Beispiel eines Spritzgieß-Werkzeugeinsatzes. In einer sequenziellen Optimierungsstudie werden die Art der Lastaufbringung, die Beschränkung des nutzbaren Volumenanteils des Designraums sowie die Beschränkung der minimalen und maximalen Strukturgröße untersucht. Als Optimierungsziel wird die Thermische Compliance gewählt. Der Ergebnisraum wird durch eine Verschiebungsrestriktion begrenzt. Zwei optimierte Geometrien werden manuell zurück in das CAD-Format überführt und in einer thermisch transienten Analyse mit dem Original und zwei manuell konstruierten Alternativen verglichen. Dabei zeigen sie ein besseres Temperaturverhalten als das Original. Aufgrund der Vereinfachung durch die manuelle Rückführung heben sie sich jedoch wenig von den manuell konstruierten Alternativen ab.

This thesis deals with the functional design of additively manufactured multi material components by means of topology optimization on the example of an injection mold. In a sequential optimization study, the type of the thermal load application, the restriction of the usable volume fraction of the design space as well as the minimum and maximum structural size are studied. Thermal compliance is chosen as optimization goal. The result space is constrained by restriction of displacement. Two optimized geometries are manually reconverted to CAD format and a thermal transient analysis is performed comparing the optimized geometries with the original and two manually designed alternatives. They show a better temperature behavior than the original. However, due to the simplification caused by the manual reconversion to CAD format, they differ little from the manually designed alternatives.