Strukturoptimierung von selbsttragenden Bauteildesigns im Rahmen der sinterbasierten Additiven Fertigung mittels metal Fused Filament Fabrication

Abstract

Diese Arbeit hat zum Ziel die Eignung von SIMP, BESO und Level-Set Methode basierten Optimierungsalgorithmen im Designprozess von für metal Fused Filament Fabrication geeigneten Bauteilen zu untersuchen. Dafür wird die automatisierte Optimierung von Bauteiltopologien mit der Vorgabe von einzuhaltenden Fertigungsrestriktionen kombiniert. Dies geschieht in den Optimierungsprogrammen Altair Inspire, MSC Apex generative Design und Autodesk Fusion. Die untersuchten Optimierungsalgorithmen erweisen sich als hilfreich in der Optimierung komplexerer Strukturen. Die fertigungsgerechte Optimierung ohne Nacharbeit stellt sich dabei als nur bedingt umsetzbar heraus. Im Zuge der Stützstrukturreduktion erweist sich MSC Apex generative Design als am leistungsstärksten. Bezüglich mechanischer Kennwerte und Robustheit stellt sich in dieser Arbeit Autodesk Fusion als am performantesten heraus.

The aim of this work is to investigate the suitability of SIMP, BESO and level set method based optimization algorithms in the design process of components suitable for metal Fused Filament Fabrication. For this purpose, the automated optimization of component topologies is combined with the specification of manufacturing constraints. This is done in the optimization programs Altair Inspire, MSC Apex generative Design and Autodesk Fusion. The investigated optimization algorithms prove to be helpful in the optimization of more complex structures. The production-oriented optimization without reworking turns out to be feasible only to a limited extent. In the course of support structure reduction, MSC Apex generative design proves to be the most powerful. In terms of mechanical parameters and robustness, Autodesk Fusion proves to be the best performer in this work.