SupErLaTiv - Simulationsgestützte automatische Supportstruktur-Erstellung für die laserbasierte Additive Fertigung

Bei der additiven Fertigung im Pulverbett ist es erforderlich, Bauteil-Überhangbereiche durch sogenannte Supportstrukturen zu unterstützen. Dabei werden Supportstrukturen typischerweise für alle Bauteilbereiche mit einer Flächennormalen im Winkel von 45° bis 90° zur Bauplattform anhand rein geometrischer Kriterien erstellt.

Bei der Supporterstellung müssen dabei zwei gegensätzliche Kriterien berücksichtigt werden:

• Der Aufbau von Supportstrukturen kostet Zeit und verbraucht Material, das nach dem Bauprozess aufwendig entfernt werden muss. Daher sollten so wenige Supportstrukturen verwendet werden, wie möglich.
• Supportstrukturen leiten die Prozesswärme vom Bauteil zur Bauplattform, fixieren das Bauteil und verhindern somit den Verzug des Bauteils durch thermisch induzierte Eigenspannungen. Ein Mangel an Supportstrukturen mindert die Bauteilqualität und kann sogar zum Prozessabbruch führen.

Um das Spannungsverhältnis zwischen Wirtschaftlichkeit und Bauteilqualität geht es im Agent-3D Projekt SupErLaTiv. Es folgt der Vision einen simulativen Ansatz zur Erstellung von Supportstrukturen nach dem Grundsatz „so viel Supportstruktur wie nötig, aber so wenig wie möglich“ zu entwickeln. Das Supportvolumen soll dabei reduziert und gleichzeitig die Funktionalität der Struktur gewährleistet werden. Projektpartner in diesem Vorhaben sind die Firma Symate, das Fraunhofer IWU sowie die TU Dresden.

Im Rahmen des SupErLaTiv-Projektes wird die Supporterstellung basierend auf geometrisch optimierten Einheitszellen verfolgt. Wie in einem Baukasten können diese Einheitszellen zu einer tragenden Gitterstruktur angeordnet werden. Übergangszellen ermöglichen die Reduktion des Zellvolumens in kritischen Bereichen. Eine optimierte Anordnung der Einheitszellen minimiert dabei das Volumen der Supportstruktur bei gleichzeitiger Berücksichtigung der im Prozess auftretenden Spannungen. Die Erstellung der Einheitszellen erfolgt durch das Simulations-Softwareprogramm MSC Apex Generative Design. Es garantiert eine gleichverteilte Vergleichsspannung im gesamten Zellvolumen, wodurch Spannungsspitzen im Supportvolumen vermieden werden. Das Feedback aus der Bauprozesssimulation ermöglicht eine solide Bewertung der Effizienz des Bauprozesses und eine Optimierung der Supportstruktur.