DE102019134446A1 - Process for the provision of a component by means of additive manufacturing - Google Patents

Process for the provision of a component by means of additive manufacturing Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren (200) zur Bereitstellung eines Bauteils (100), das für ein oder mehrere mechanische Eigenschaften jeweils einen Sollwert erfüllt, unter Verwendung einer additiven Fertigungsmethode beschrieben. Das Verfahren (200) umfasst das Ermitteln (201) eines numerischen Modells des Bauteils (100) durch numerisches Simulieren der Fertigung des Bauteils (100) unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode. Des Weiteren umfasst das Verfahren (200) das Ermitteln (202) von simulierten Istwerten der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften auf Basis des numerischen Modells des Bauteils (100). Das Verfahren (200) umfasst ferner das Anpassen (203) einer Topologie des Bauteils (100) in Abhängigkeit von den simulierten Istwerten der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften. Das Verfahren (200) wird iterativ wiederholt, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist.A method (200) for providing a component (100) which fulfills a target value for one or more mechanical properties, using an additive manufacturing method, is described. The method (200) comprises determining (201) a numerical model of the component (100) by numerically simulating the production of the component (100) using the additive manufacturing method. The method (200) further comprises determining (202) simulated actual values of the one or more mechanical properties on the basis of the numerical model of the component (100). The method (200) further comprises adapting (203) a topology of the component (100) as a function of the simulated actual values of the one or more mechanical properties. The method (200) is repeated iteratively until a termination criterion is met.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und/oder zur Bereitstellung eines Bauteils unter Verwendung einer additiven Fertigungsmethode.The invention relates to a method for manufacturing and / or providing a component using an additive manufacturing method.

Bauteile, z.B. Bauteile für ein Fahrzeug, können in effizienter und flexibler Weise mittels additiver Fertigung hergestellt werden. Beispielhafte Methoden zur additiven Fertigung sind Stereolithographie, Polyjet-Modeling, Fused Deposition Modeling, Laminated Objekt Manufacturing, 3D Druck, und/oder selektives Lasersintern.Components, e.g. components for a vehicle, can be manufactured in an efficient and flexible manner using additive manufacturing. Examples of additive manufacturing methods are stereolithography, polyjet modeling, fused deposition modeling, laminated object manufacturing, 3D printing, and / or selective laser sintering.

Ein Bauteil soll typischerweise definierte Bauteileigenschaften aufweisen, wie z.B. eine bestimmte Festigkeit, eine bestimmte Eigenschwingung, etc. Die Bauteileigenschaften können dabei ggf. durch ein konventionell gefertigtes Bauteil vorgegeben sein, wobei das konventionell gefertigte Bauteil durch ein Bauteil ersetzt werden soll, das unter Verwendung einer additiven Fertigungsmethode hergestellt wird.A component should typically have defined component properties, such as, for example, a certain strength, a certain natural vibration, etc. The component properties can optionally be specified by a conventionally manufactured component, the conventionally manufactured component being replaced by a component that uses a additive manufacturing method.

Aufgrund einer Vielzahl von Einflussgrößen bei der additiven Fertigung auf die (Werkstoff-) Eigenschaften des hergestellten Bauteils, ist es typischerweise schwierig ein Bauteil mit definierten Eigenschaften herzustellen. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, durch die in effizienter und zuverlässiger Weise unter Verwendung einer additiven Fertigungsmethode ein Bauteil mit ein oder mehreren definierten Eigenschaften hergestellt werden kann.Due to a large number of influencing variables in additive manufacturing on the (material) properties of the manufactured component, it is typically difficult to manufacture a component with defined properties. The present document is concerned with the technical problem of providing a method and a device by means of which a component with one or more defined properties can be manufactured in an efficient and reliable manner using an additive manufacturing method.

Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The problem is solved by each of the independent claims. Advantageous embodiments are described, inter alia, in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a patent claim dependent on an independent patent claim without the features of the independent patent claim or only in combination with a subset of the features of the independent patent claim can form a separate invention independent of the combination of all features of the independent patent claim, which can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to technical teachings described in the description, which can form an invention that is independent of the features of the independent patent claims.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Bereitstellung eines Bauteils beschrieben, das für ein oder mehrere mechanische Eigenschaften jeweils einen Sollwert erfüllt (z.B. erreicht oder überschreitet). Das Bauteil kann dabei unter Verwendung einer additiven Fertigungsmethode bereitgestellt, insbesondere gefertigt, werden. Beispielhafte additive Fertigungsmethoden sind: Stereolithographie, Polyjet-Modeling, Fused Deposition Modeling, Laminated Objekt Manufacturing, 3D Druck, und/oder selektives Lasersintern. Die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften können z.B. die Festigkeit des Bauteils, das Eigenschwingungsverhalten (insbesondere eine Eigenfrequenz) des Bauteils, und/oder die Elastizität des Bauteils umfassen.According to one aspect, a method for providing a component is described which fulfills (e.g., reaches or exceeds) a target value for one or more mechanical properties. The component can be provided, in particular manufactured, using an additive manufacturing method. Exemplary additive manufacturing methods are: stereolithography, polyjet modeling, fused deposition modeling, laminated object manufacturing, 3D printing, and / or selective laser sintering. The one or more mechanical properties can include, for example, the strength of the component, the natural vibration behavior (in particular a natural frequency) of the component, and / or the elasticity of the component.

Das Verfahren kann zumindest teilweise oder vollständig Computerimplementiert sein. Insbesondere kann das Verfahren darauf ausgelegt sein, im Rahmen einer numerischen Simulation die Topologie des Bauteils derart anzupassen, dass ein tatsächlich gefertigtes Bauteil (welches die im Rahmen der Simulation ermittelte Topologie bzw. Geometrie aufweist) für ein oder mehrere mechanische Eigenschaften jeweils einen Sollwert erfüllt.The method can be at least partially or entirely computer implemented. In particular, the method can be designed to adapt the topology of the component within the scope of a numerical simulation in such a way that an actually manufactured component (which has the topology or geometry determined in the simulation) fulfills a target value for one or more mechanical properties.

Das Verfahren kann iterativ wiederholt werden, um iterativ die Topologie des Bauteils anzupassen. Dabei weist das Bauteil in einer bestimmten Iteration jeweils eine bestimmte Topologie auf.The method can be repeated iteratively in order to iteratively adapt the topology of the component. The component has a specific topology in a specific iteration.

Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines numerischen Modells des Bauteils (welches in der jeweiligen Iteration jeweils eine bestimmten Topologie aufweist) durch numerisches Simulieren der Fertigung des Bauteils unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode. Das numerische Modell des Bauteils kann ein Finite-Elemente Modell des Bauteils umfassen, insbesondere sein. Das numerische Simulieren der Fertigung des Bauteils kann das Simulieren mittels einer numerischen Methode, insbesondere mittels einer Finite-Elemente Methode, umfassen. Dabei können auch ein oder mehrere Materialeigenschaften des Materials simuliert werden, aus dem das Bauteil unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode hergestellt wird. Es kann somit im Rahmen der numerischen Simulation der Fertigung des Bauteils (mit der jeweils vorliegenden Topologie) ermittelt werden, welche Werkstoffeigenschaften bei der additiven Fertigung bewirkt werden. Dabei wird die jeweils vorliegende Topologie des Bauteils berücksichtigt. Mit anderen Worten, es wird berücksichtigt, wie sich die Topologie des Bauteils auf die ein oder mehreren Materialeigenschaften des Materials auswirkt, aus denen das Bauteil additiv gefertigt wird.The method comprises determining a numerical model of the component (which in each case has a specific topology in the respective iteration) by numerically simulating the production of the component using the additive manufacturing method. The numerical model of the component can include, in particular, be a finite element model of the component. The numerical simulation of the production of the component can include the simulation by means of a numerical method, in particular by means of a finite element method. One or more material properties of the material from which the component is manufactured using the additive manufacturing method can also be simulated. It can thus be determined in the context of the numerical simulation of the production of the component (with the respective topology) which material properties are brought about in additive manufacturing. The respective topology of the component is taken into account. In other words, it is taken into account how the topology of the component affects the one or more material properties of the material from which the component is additively manufactured.

Mit noch anderen Worten, das Bauteil kann unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode aus zumindest einem Material gefertigt werden, wobei ein oder mehrere Materialeigenschaften des Materials typischerweise im Rahmen der additiven Fertigung verändert werden. Es kann innerhalb einer bestimmten Iteration des Verfahrens das numerische Modell des Bauteils unter Berücksichtigung der ein oder mehreren Materialeigenschaften ermittelt werden, die im Rahmen der additiven Fertigung des Bauteils mit der bei der bestimmten Iteration jeweils vorliegenden Topologie bewirkt werden.In still other words, the component can be manufactured from at least one material using the additive manufacturing method, one or more material properties of the material typically being changed in the context of additive manufacturing. The numerical model of the component can be determined within a specific iteration of the method, taking into account the one or more material properties which are brought about in the context of additive manufacturing of the component with the topology present in each case in the specific iteration.

Im Rahmen des Verfahrens kann somit (durch eine numerische Simulation der Fertigung des Bauteils mit der jeweils vorliegenden Topologie) der Einfluss der Topologie des Bauteils auf ein oder mehrere Materialeigenschaften des Materials berücksichtigt werden, aus dem das Bauteil unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode gefertigt wird. Die ein oder mehreren Materialeigenschaften können z.B. die Porosität, die Oberflächenstruktur und/oder die Eigenspannung des Materials umfassen. Die ein oder mehreren Materialeigenschaften können dabei an unterschiedlichen Stellen des Bauteils unterschiedlich sein. Das numerische Modell des Bauteils kann die ein oder mehreren Materialeigenschaften des Materials für unterschiedliche Stellen des Bauteils anzeigen.As part of the method, the influence of the topology of the component on one or more material properties of the material from which the component is manufactured using the additive manufacturing method can thus be taken into account (by a numerical simulation of the production of the component with the respective topology). The one or more material properties can include, for example, the porosity, the surface structure and / or the internal stress of the material. The one or more material properties can be different at different points on the component. The numerical model of the component can display the one or more material properties of the material for different locations on the component.

Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln von simulierten Istwerten der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften auf Basis des numerischen Modells des Bauteils. Zu diesem Zweck können auf Basis des numerischen Modells des Bauteils ein oder mehrere Testmessungen simuliert werden, um die (simulierten) Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften zu ermitteln. Es kann somit anhand des numerischen Modells des Bauteils überprüft werden, ob das Bauteil die Sollwerte für die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften erfüllt oder nicht. Falls die Sollwerte erfüllt werden, so kann das iterative Verfahren ggf. abgebrochen werden. Andererseits kann eine Anpassung der Topologie des Bauteils vorgenommen werden (wie weiter unten dargelegt).The method further comprises determining simulated actual values of the one or more mechanical properties on the basis of the numerical model of the component. For this purpose, one or more test measurements can be simulated on the basis of the numerical model of the component in order to determine the (simulated) actual values of the one or more mechanical properties. The numerical model of the component can thus be used to check whether the component fulfills the setpoint values for the one or more mechanical properties or not. If the setpoints are met, the iterative process can be terminated if necessary. On the other hand, the topology of the component can be adapted (as explained below).

Durch die Verwendung des numerischen Modells des Bauteils, das durch eine numerische Simulation der Fertigung des Bauteils ermittelt wurde, kann bewirkt werden, dass der Einfluss der im Rahmen der additiven Fertigung bewirkten ein oder mehrere Materialeigenschaften des Materials des Bauteils auf die simulierten Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften berücksichtigt wird.By using the numerical model of the component, which was determined by a numerical simulation of the production of the component, it can be ensured that the influence of the one or more material properties of the material of the component brought about in the context of additive manufacturing on the simulated actual values of the one or more several mechanical properties are taken into account.

Das Verfahren umfasst ferner das Anpassen der Topologie des Bauteils in Abhängigkeit von den simulierten Istwerten der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften, insbesondere in Abhängigkeit von der Abweichung der simulierten Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften von den jeweiligen Sollwerten. Die Topologie des Bauteils kann dabei angepasst werden, um zu bewirken, dass die Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Bauteils die entsprechenden Sollwerte erfüllen.The method further comprises adapting the topology of the component as a function of the simulated actual values of the one or more mechanical properties, in particular as a function of the deviation of the simulated actual values of the one or more mechanical properties from the respective setpoint values. The topology of the component can be adapted in order to ensure that the actual values of the one or more mechanical properties of the component meet the corresponding setpoint values.

Zur Anpassung der Topologie des Bauteils kann das numerische Modell des Bauteils mit der bisherigen Topologie verwendet werden. Dabei kann im Rahmen einer Topologieoptimierung simuliert werden, wie sich eine Änderung der Topologie des Bauteils auf die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Bauteils auswirkt. Die durch die Änderung der Topologie bewirkten Änderungen der ein oder mehreren Materialeigenschaften des Materials können dabei ggf. unberücksichtigt bleiben (da der Einfluss der Topologie auf die ein oder mehreren Materialeigenschaften im Rahmen der nachfolgenden Iteration des Verfahrens bei der Simulation der Fertigung des Bauteils berücksichtigt wird).The numerical model of the component with the previous topology can be used to adapt the topology of the component. As part of a topology optimization, it can be simulated how a change in the topology of the component affects the one or more mechanical properties of the component. The changes in the one or more material properties of the material caused by the change in the topology can possibly be disregarded (since the influence of the topology on the one or more material properties is taken into account during the subsequent iteration of the method when simulating the production of the component) .

Das Verfahren kann iterativ wiederholt werden, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Dabei kann das Abbruchkriterium eine Bedingung dahingehend umfassen, dass die simulierten Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Bauteils die entsprechenden Sollwerte erfüllen. Insbesondere kann das Verfahren abgebrochen werden, wenn erkannt wird, dass die simulierten Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Bauteils die entsprechenden Sollwerte erfüllen. Die dann vorliegende Topologie des Bauteils und/oder das numerische Modell für dieses Bauteil können als Grundlage für die tatsächliche Fertigung des Bauteils mittels der additiven Fertigungsmethode verwendet werden.The process can be repeated iteratively until a termination criterion is met. The termination criterion can include a condition to the effect that the simulated actual values of the one or more mechanical properties of the component meet the corresponding setpoint values. In particular, the method can be terminated when it is recognized that the simulated actual values of the one or more mechanical properties of the component meet the corresponding setpoint values. The then existing topology of the component and / or the numerical model for this component can be used as a basis for the actual production of the component using the additive manufacturing method.

Das Verfahren kann somit umfassen, das Fertigen eines tatsächlichen Bauteils mit der im Rahmen des Verfahrens ermittelten Topologie, unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode. So kann in effizienter Weise ein Bauteil bereitgestellt werden, das bestimmte mechanische Eigenschaften aufweist.The method can thus include the production of an actual component with the topology determined in the course of the method, using the additive production method. In this way, a component can be provided in an efficient manner which has certain mechanical properties.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a software (SW) program is described. The software program can be set up to be executed on a processor and thereby to execute the method described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a storage medium is described. The storage medium can comprise a software program which is set up to be executed on a processor and thereby to execute the method described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung beschrieben, die ausgebildet ist, das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a device is described which is designed to carry out the method described in this document.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können j egliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document are described both alone and in combination with others in this document Methods, devices and systems can be used. Furthermore, any aspects of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in diverse ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in diverse ways.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

  • 1 ein beispielhaftes Bauteil; und
  • 2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils und/oder zur Dimensionierung eines Bauteils bzw. zur Ermittlung der Topologie eines Bauteils.
The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments. Show it
  • 1 an exemplary component; and
  • 2 a flowchart of an exemplary method for producing a component and / or for dimensioning a component or for determining the topology of a component.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Herstellung eines Bauteils, das für ein oder mehrere Bauteileigenschaften (wie z.B. die Festigkeit und/oder das Eigenschwingverhalten) jeweils einen definierten Zielwert aufweist oder überschreitet. Beispielhafte Bauteileigenschaften sind die Festigkeit des Bauteils, das Eigenschwingungsverhalten des Bauteils, etc.As stated at the outset, the present document deals with the production of a component that has or exceeds a defined target value for one or more component properties (such as strength and / or natural vibration behavior). Exemplary component properties are the strength of the component, the natural vibration behavior of the component, etc.

1 zeigt ein beispielhaftes Bauteil 100, z.B. eine Heissöse. Das Bauteil 100 kann mittels einer additiven Fertigungsmethode gefertigt worden sein. Im Rahmen von ein oder mehrere Testmessungen können Istwerte für ein oder mehrere mechanische Eigenschaften des Bauteils 100 ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann z.B. eine Kraft 102 auf das Bauteil 100 ausgeübt werden, und es kann z.B. das Ausmaß der Verformung des Bauteils 100 gemessen werden und/oder es kann die Kraft 102 gemessen werden, bei der das Bauteil 100 bricht. 1 shows an exemplary component 100 , e.g. a hot girl. The component 100 may have been manufactured using an additive manufacturing method. As part of one or more test measurements, actual values for one or more mechanical properties of the component can be obtained 100 be determined. For this purpose, for example, a force 102 on the component 100 be exercised, and it can, for example, the extent of the deformation of the component 100 can be measured and / or the force 102 be measured at which the component 100 breaks.

Wenn im Rahmen der ein oder mehreren Testmessungen erkannt wird, dass der Istwert von zumindest einer mechanischen Eigenschaft von einem vorgegebenen Sollwert abweicht, so kann die Topologie des Bauteils 100 angepasst werden, um ein Bauteil 100 mit einer veränderten Topologie bereitzustellen, das Sollwerte für die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften aufweist. Beispielsweise kann die Dicke 101 des Bauteils 100 verändert werden. Die Anpassung der Topologie eines Bauteils 100 ist bei Verwendung einer additiven Fertigungsmethode relativ einfach umzusetzen (insbesondere im Vergleich zu einer konventionellen Fertigungsmethode, da z.B. keine Gussformen angepasst werden müssen).If it is recognized in the course of the one or more test measurements that the actual value of at least one mechanical property deviates from a predefined setpoint value, the topology of the component can 100 be adapted to a component 100 with a changed topology to provide the setpoint values for the one or more mechanical properties. For example, the thickness 101 of the component 100 to be changed. The adaptation of the topology of a component 100 is relatively easy to implement when using an additive manufacturing method (especially in comparison to a conventional manufacturing method, since, for example, no molds have to be adapted).

Die Anpassung der Topologie eines Bauteils 100 hat jedoch typischerweise auch einen Einfluss auf die additive Fertigungsmethode, und insbesondere auf die im Rahmen der additiven Fertigungsmethode bewirken Eigenschaften des Werkstoffs bzw. des Materials, aus dem das Bauteil 100 gefertigt wird. Beispielsweise kann sich aufgrund der veränderten Topologie des Bauteils 100 zumindest bereichsweise die Porosität des verwendeten Materials und/oder die Oberflächenstruktur verändern. Dies hat wiederum einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils 100.The adaptation of the topology of a component 100 However, it typically also has an influence on the additive manufacturing method, and in particular on the properties of the material or the material from which the component is made in the context of the additive manufacturing method 100 is manufactured. For example, due to the changed topology of the component 100 Change the porosity of the material used and / or the surface structure at least in some areas. This in turn has an influence on the mechanical properties of the component 100 .

Es besteht somit typischerweise eine gegenseitige Abhängigkeit zwischen der Topologie eines Bauteils 100 und den im Rahmen der additiven Fertigung bewirken Materialeigenschaften. Durch die Berücksichtigung dieser gegenseitigen Abhängigkeit kann es ermöglicht werden, die gewünschten ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften eines Bauteils 100 in effizienter und präziser Weise einzustellen (insbesondere im Rahmen einer numerischen Simulation).There is thus typically a mutual dependency between the topology of a component 100 and the material properties brought about by additive manufacturing. By taking this mutual dependency into account, the desired one or more mechanical properties of a component can be made possible 100 set in an efficient and precise manner (especially in the context of a numerical simulation).

Es wird somit ein Verfahren zur Einstellung von ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften eines Bauteils 100 beschrieben, bei dem die Tatsache ausgenutzt wird, dass ein additiv gefertigtes Bauteil 100 nicht geometrisch gleich zu einem konventionell gefertigten Bauteil sein muss (z.B. in Bezug auf die tolerierte Makrogeometrie und Oberfläche), sondern nur die gleiche Funktion wie das konventionell gefertigte Bauteil erfüllen sollte. Diese Tatsache kann im Rahmen eines iterativen Optimierungsverfahrens ausgenutzt werden. Dabei kann im Rahmen des Verfahrens geprüft werden (z.B. durch eine Simulation), ob die ein oder mehreren Funktionen des additiv gefertigten Bauteils 100 erfüllt werden oder nicht. Wird dabei festgestellt, dass eine Funktion (z.B. aufgrund unzureichender Werkstoffeigenschaften) nicht erfüllt wird, kann die iterative Anpassung der Geometrie des Bauteils 100 und die Simulation der mechanischen Eigenschaften des (virtuell) gefertigten Bauteils 100 solange durchlaufen werden, bis alle Funktionen erfüllt sind.It thus becomes a method for setting one or more mechanical properties of a component 100 which takes advantage of the fact that an additively manufactured component 100 does not have to be geometrically the same as a conventionally manufactured component (e.g. with regard to the tolerated macro-geometry and surface), but should only fulfill the same function as the conventionally manufactured component. This fact can be exploited in the context of an iterative optimization process. It can be checked as part of the process (for example by a simulation) whether the one or more functions of the additively manufactured component 100 to be fulfilled or not. If it is determined that a function is not fulfilled (e.g. due to insufficient material properties), the iterative adaptation of the geometry of the component can be carried out 100 and the simulation of the mechanical properties of the (virtually) manufactured component 100 be run through until all functions are fulfilled.

In einem konkreten Beispiel kann geprüft werden, ob die gewünschte Festigkeit in einer Heissöse (d.h. in einer Transportlasche) 100 erfüllt ist. Das iterative Verfahren kann solange durchlaufen werden, bis die gewünschte Festigkeit gewährleistet ist. Ein Geometrieoptimierer verändert dabei die Geometrie des Bauteils 100 unter Ausnutzung der Freiheiten der additiven Fertigung. Aufgrund der neuen Geometrie, ändern sich aber auch die Werkstoffeigenschaften des additiv gefertigten Bauteils 100, ggfs. auch die Toleranzen der Geometrie, die Oberfläche und/oder die Eigenspannungen des Bauteils 100, was durch die additive Fertigung bedingt sein kann. Diese Wechselwirkung wird in dem Ablauf des Verfahrens integriert und bei der Optimierung der Geometrie bzw. der Topologie des Bauteils 100 berücksichtigt.In a specific example, it can be checked whether the desired strength in a hot eyelet (ie in a transport strap) 100 is fulfilled. The iterative process can be carried out until the desired strength is guaranteed. A geometry optimizer changes the geometry of the component 100 taking advantage of the freedoms of additive manufacturing. Due to the new geometry, however, the material properties of the additively manufactured component also change 100 , possibly also the tolerances of the geometry, the surface and / or the internal stresses of the component 100 which can be caused by additive manufacturing. This interaction is integrated in the course of the process and in the optimization of the geometry or the topology of the component 100 considered.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Bereitstellung eines Bauteils 100, das für ein oder mehrere mechanische Eigenschaften jeweils einen Sollwert erfüllt, unter Verwendung einer additiven Fertigungsmethode. Insbesondere kann im Rahmen des Verfahrens 200 ein numerisches Modell (z.B. ein Finite-Elemente Modell) für ein Bauteil 100 bereitgestellt werden. Das numerische Modell kann dann als Grundlage für die tatsächliche Fertigung eines Bauteils 100 verwendet werden. Insbesondere kann dabei die im Rahmen des beschriebenen Verfahrens 200 ermittelte Topologie des Bauteils 100 verwendet werden. 2 shows a flow diagram of an exemplary method 200 to provide a component 100 that fulfills a target value for one or more mechanical properties, using an additive manufacturing method. In particular, as part of the procedure 200 a numerical model (e.g. a finite element model) for a component 100 to be provided. The numerical model can then be used as the basis for the actual production of a component 100 be used. In particular, in the context of the method described 200 determined topology of the component 100 be used.

Das Verfahren 200 umfasst (in einer aktuellen Iteration des Verfahrens 200), das Ermitteln 201 eines numerischen Modells des Bauteils 100 durch numerisches Simulieren der Fertigung des Bauteils 100 unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode. In der aktuellen Iteration des Verfahrens 200 kann das Bauteil 100 eine bestimmte Topologie aufweisen. Es kann dann simuliert werden, wie das Bauteil 100 mit dieser bestimmten Topologie durch additive Fertigung gefertigt wird. Es kann somit mittels einer numerischen Methode (z.B. einer Finite-Elemente Methode) die additive Fertigung des Bauteils 100 simuliert werden. Als Ergebnis dieser Simulation kann dann ein numerisches Modell (insbesondere ein Finite-Elemente Modell) des Bauteils 100 bereitgestellt werden, das auch ein oder mehrere Materialeigenschaften des Materials berücksichtigt, das zur Fertigung des Bauteils 100 verwendet wurde. Insbesondere kann das numerische Bauteil 100 den Einfluss der additiven Fertigung auf ein oder mehrere Materialeigenschaften des Materials berücksichtigen.The procedure 200 includes (in a current iteration of the procedure 200 ), the determination 201 a numerical model of the component 100 by numerically simulating the production of the component 100 using the additive manufacturing method. In the current iteration of the procedure 200 can the component 100 have a specific topology. It can then be simulated like the component 100 is manufactured with this particular topology by additive manufacturing. The additive manufacturing of the component can thus be carried out using a numerical method (e.g. a finite element method) 100 can be simulated. A numerical model (in particular a finite element model) of the component can then be used as the result of this simulation 100 are provided, which also takes into account one or more material properties of the material that is used to manufacture the component 100 was used. In particular, the numerical component 100 take into account the influence of additive manufacturing on one or more material properties of the material.

Das Verfahren 200 umfasst ferner (in der aktuellen Iteration des Verfahrens 200) das Ermitteln 202 von simulierten Istwerten der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften auf Basis des numerischen Modells des Bauteils 100. Mit anderen Worten, es können (auf Basis des numerischen Modells) numerische Testmessungen der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Bauteils 100 durchgeführt werden.The procedure 200 also includes (in the current iteration of the method 200 ) the determination 202 of simulated actual values of the one or more mechanical properties based on the numerical model of the component 100 . In other words, numerical test measurements of the one or more mechanical properties of the component can (on the basis of the numerical model) 100 be performed.

Des Weiteren umfasst das Verfahren 200 (in der aktuellen Iteration des Verfahrens 200) das Anpassen 203 der Topologie des Bauteils 100 in Abhängigkeit von den simulierten Istwerten der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften, insbesondere in Abhängigkeit von der Abweichung der simulierten Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften von den jeweiligen Sollwerten. Dabei kann die Anpassung der Topologie auf Basis des numerischen Modells des Bauteils 100 (mit der bisherigen Topologie) vorgenommen werden. Dabei können Methoden der Topologieoptimierung verwendet werden (typischerweise unter der (meist fehlerhaften) Annahme, dass sich die ein oder mehreren Materialeigenschaften des Materials des Bauteils aufgrund der Topologieänderung nicht ändern werden).The method also includes 200 (in the current iteration of the procedure 200 ) customizing 203 the topology of the component 100 as a function of the simulated actual values of the one or more mechanical properties, in particular as a function of the deviation of the simulated actual values of the one or more mechanical properties from the respective setpoint values. The topology can be adapted on the basis of the numerical model of the component 100 (with the previous topology). Methods of topology optimization can be used (typically under the (mostly incorrect) assumption that the one or more material properties of the component material will not change due to the topology change).

Das Verfahren 200, insbesondere die Schritte 201, 202, 203, kann bzw. können iterativ wiederholt werden, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Beispielsweise kann das Verfahren 200 abgebrochen werden, wenn ermittelt wird, dass die simulierten Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften die jeweiligen Sollwerte erfüllen. Es kann dann ein Bauteil 100 (bzw. ein numerisches Modell für ein Bauteil 100) bereitgestellt werden, das eine bestimmte Topologie aufweist, mit der die gewünschten ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften erzielt werden. Diese ermittelte Topologie kann dann dazu verwendet werden, mittels der additiven Fertigungsmethode ein tatsächliches Bauteil 100 herzustellen, das die gewünschten ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften aufweist.The procedure 200 , especially the steps 201 , 202 , 203 , can be repeated iteratively until a termination criterion is met. For example, the method 200 canceled when it is determined that the simulated actual values of the one or more mechanical properties meet the respective setpoint values. It can then be a component 100 (or a numerical model for a component 100 ) which has a specific topology with which the desired one or more mechanical properties are achieved. This determined topology can then be used to create an actual component using the additive manufacturing method 100 produce that has the desired one or more mechanical properties.

Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, die Wechselwirkung zwischen der Topologie eines Bauteils 100 und der bei der additiven Fertigung bewirkten Materialeigenschaften zu berücksichtigen, um in effizienter Weise ein Bauteil 100 herstellen zu können, das in präziser Weise ein oder mehrere gewünschte mechanische Eigenschaften aufweist.The measures described in this document enable the interaction between the topology of a component 100 and to take into account the material properties caused by additive manufacturing in order to efficiently produce a component 100 to be able to produce that has one or more desired mechanical properties in a precise manner.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems by way of example.

Claims (10)

Verfahren (200) zur Bereitstellung eines Bauteils (100), das für ein oder mehrere mechanische Eigenschaften jeweils einen Sollwert erfüllt, unter Verwendung einer additiven Fertigungsmethode; wobei das Verfahren (200) umfasst, - Ermitteln (201) eines numerischen Modells des Bauteils (100) durch numerisches Simulieren der Fertigung des Bauteils (100) unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode; - Ermitteln (202) von simulierten Istwerten der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften auf Basis des numerischen Modells des Bauteils (100), und - Anpassen (203) einer Topologie des Bauteils (100) in Abhängigkeit von den simulierten Istwerten der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften, wobei das Verfahren (200) iterativ wiederholt wird, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist.Method (200) for providing a component (100) which fulfills a target value for one or more mechanical properties, using an additive manufacturing method; wherein the method comprises (200), - determining (201) a numerical model of the component (100) by numerically simulating the production of the component (100) using the additive manufacturing method; - determining (202) simulated actual values of the one or more mechanical properties on the basis of the numerical model of the component (100), and - Adapting (203) a topology of the component (100) as a function of the simulated actual values of the one or more mechanical properties, the method (200) being repeated iteratively until a termination criterion is met. Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, wobei - das Bauteil (100) unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode aus zumindest einem Material gefertigt wird; - ein oder mehrere Materialeigenschaften des Materials im Rahmen der additiven Fertigung verändert werden; und - innerhalb einer bestimmten Iteration des Verfahrens (200) das numerische Modell des Bauteils (100) unter Berücksichtigung der ein oder mehreren Materialeigenschaften ermittelt wird, die im Rahmen der additiven Fertigung des Bauteils (100) mit der bei der bestimmten Iteration vorliegenden Topologie bewirkt werden.Method (200) according to Claim 1 wherein - the component (100) is manufactured from at least one material using the additive manufacturing method; - one or more material properties of the material are changed in the context of additive manufacturing; and - within a specific iteration of the method (200) the numerical model of the component (100) is determined taking into account the one or more material properties that are brought about in the context of additive manufacturing of the component (100) with the topology present in the specific iteration. Verfahren (200) gemäß Anspruch 2, wobei die ein oder mehreren Materialeigenschaften eine Porosität, eine Oberflächenstruktur und/oder eine Eigenspannung des Materials umfassen.Method (200) according to Claim 2 , wherein the one or more material properties include a porosity, a surface structure and / or an internal stress of the material. Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Rahmen des Verfahrens (200) berücksichtigt wird, - ein Einfluss der Topologie des Bauteils (100) auf ein oder mehrere Materialeigenschaften eines Materials, aus dem das Bauteil (100) unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode gefertigt wird; und - ein Einfluss der im Rahmen der additiven Fertigung bewirkten ein oder mehrere Materialeigenschaften auf die simulierten Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften.The method (200) according to any one of the preceding claims, taking into account in the context of the method (200) - An influence of the topology of the component (100) on one or more material properties of a material from which the component (100) is manufactured using the additive manufacturing method; and - An influence of the one or more material properties brought about in the context of additive manufacturing on the simulated actual values of the one or more mechanical properties. Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das numerische Modell des Bauteils (100) ein Finite-Elemente Modell des Bauteils (100) umfasst.The method (200) according to any one of the preceding claims, wherein the numerical model of the component (100) comprises a finite element model of the component (100). Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das numerische Simulieren der Fertigung des Bauteils (100) umfasst, Simulieren mittels einer numerischen Methode, insbesondere mittels einer Finite-Elemente Methode, von ein oder mehreren Materialeigenschaften eines Materials, aus dem das Bauteil (100) unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode hergestellt wird.Method (200) according to one of the preceding claims, wherein the numerical simulation of the production of the component (100) comprises simulating by means of a numerical method, in particular by means of a finite element method, of one or more material properties of a material from which the component ( 100) is manufactured using the additive manufacturing method. Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Topologie des Bauteils (100) angepasst wird, um zu bewirken, dass die Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Bauteils (100) die entsprechenden Sollwerte erfüllen.The method (200) according to any one of the preceding claims, wherein the topology of the component (100) is adapted in order to cause the actual values of the one or more mechanical properties of the component (100) to meet the corresponding setpoint values. Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften umfassen: eine Festigkeit des Bauteils (100), ein Eigenschwingungsverhalten des Bauteils (100), und/oder eine Elastizität des Bauteils (100).The method (200) according to any one of the preceding claims, wherein the one or more mechanical properties include: a strength of the component (100), a natural vibration behavior of the component (100), and / or an elasticity of the component (100). Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abbruchkriterium eine Bedingung dahingehend umfasst, dass die Istwerte der ein oder mehreren mechanischen Eigenschaften des Bauteils (100) die entsprechenden Sollwerte erfüllen.Method (200) according to one of the preceding claims, wherein the termination criterion comprises a condition to the effect that the actual values of the one or more mechanical properties of the component (100) meet the corresponding setpoint values. Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (200) umfasst, das Fertigen eines tatsächlichen Bauteils (100) mit der im Rahmen des Verfahrens (200) ermittelten Topologie, unter Verwendung der additiven Fertigungsmethode.Method (200) according to one of the preceding claims, wherein the method (200) comprises the production of an actual component (100) with the topology determined in the course of the method (200) using the additive manufacturing method.
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