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Ausg.Nr._05/2017
Simulationslösung
D
ie individualisierte Mas-
senfertigung bis zum
Einzelstück ist ein Zu-
kunftsversprechen der Industrie
4.0. Es lässt sich nur umset-
zen, wenn es geeignete Prüf-
verfahren für die Machbarkeit
der individuellen Designs gibt.
Fraunhofer-Forscher zeigen auf
der Hannover Messe 2017 vom
24. bis 28. April 2017 eine Simu-
lationslösung, die automatisch
feststellt, ob sich das vom Kun-
den gewünschte Design über-
haupt realisieren lässt (Halle 7,
Stand D11).
Das Fraunhofer-Institut für Gra-
phische Datenverarbeitung IGD
in Darmstadt hat eine Simulati-
onssoftware entwickelt, die die
Machbarkeit von individuellen
Designwünschen rasch prüft.
Das bietet Kunden und Herstel-
lern neue Möglichkeiten für die
individualisierte
Massenfer-
tigung.
Christian
Altenhofen
aus der Abteilung »Interaktive
Engineering Technologien« am
Fraunhofer IGD beschreibt den
Mehrwert wie folgt: »Wir schaf-
fen einen fließenden Übergang
zwischen Design und Simulati-
on. Schnell zu prüfen, ob sich ein
individueller Entwurf umsetzen
lässt, ist heute in der Industrie
ein oft ungelöstes Problem. Die
meisten CAD-Daten beschreiben
lediglich die äußere Oberfläche
und enthalten nicht die für Simu-
lationen notwendigen volumetri-
schen Informationen. Diese nach-
träglich zu generieren ist sehr
fehleranfällig, erfordert meist
manuelle Nacharbeit und kostet
die Industrie viel Geld.« Die Soft-
ware der Fraunhofer-Forscher aus
Hessen versetzt Kunden und Her-
steller in die Lage, die zur Materi-
alprüfung notwendige Simulation
automatisch selbst zu erzeugen.
Dadurch wird schnell geklärt, ob
sich Designvorschläge, die am
Rechner erstellt wurden, auch in
der Realität umsetzen lassen. Ist
dies nicht der Fall, schlägt die
Technologie vor, wie das Produkt
stabiler bzw. besser gestaltet
werden kann. »Der Kunde hat
dadurch weiterhin sehr viel Spiel-
raum zum individuellen Design«,
sagt Altenhofen.
Die innere Struktur eines
Objekts simulieren
Die Algorithmen der Software
nutzen das mathematische Kon-
zept der »Subdivisionsvolu-
men«. Darauf aufbauend ermit-
teln die Forscher mit Hilfe der
Finite-Elemente-Methode physi-
kalisch basierte Simulationsmo-
delle. Konkret bedeutet das: Sie
berechnen aus Krafteinflüssen,
wie z. B. Schwerkraft und Gewicht
des Gegenstands, dessen inne-
re Spannung. Je nach Größe und
Verteilung der Spannung lässt
sich beurteilen, ob ein Gegen-
stand statisch hält oder nicht.
»Mit Subdivisionsvolumen ent-
steht ein konsistentes virtuelles
Model der inneren Struktur des
Gegenstands«, beschreibt der
Fraunhofer-Experte die Technik.
Damit geht das Verfahren über
die reinen CAD-Informationen
hinaus: Diese beschreiben ledig-
lich Oberflächen von dreidimen-
sionalen Objekten, lassen aber
keine Rückschlüsse auf deren
Inneres zu. »Die volumetrischen
Informationen werden bei unse-
rem Ansatz mit den Oberflächen-
informationen direkt mitgeführt,
die für das Erstellen des Designs
wichtig sind. Das heißt, bereits in
der Designphase stehen Kunden
und Herstellern die notwendigen
Informationen für die Simulation
zur Verfügung«, erklärt Alten-
hofen.
Für die Hannover Messe 2017 ha-
ben die Forscher einen Prototyp
ihrer Simulationslösung entwi-
ckelt, der die Idee für mögliche
Anwendungen bzw. mögliche
zukünftige Entwicklungen trans-
portiert: Sie fertigen individuelle
Halter für Espressotassen aus
Kunststoff. Über eine interaktive
Benutzungsoberfläche kann der
Standbesucher seinen eigenen
Halter entwerfen. Falls die Idee
statisch nicht umsetzbar ist bzw.
den späteren physikalischen Be-
lastungen nicht stand hält, erhält
er über ein interaktives Menü
Anweisungen, welche Parameter
er verändern kann, um das zu ver-
hindern. »Die additive Fertigung
ist ein sehr anschauliches Bei-
spiel, wie sich unsere Technolo-
gie anwenden lässt. Im Prinzip ist
unser Ansatz jedoch für viele ver-
schiedene Fertigungsverfahren
und unterschiedliche Werkstoffe
anwendbar«, sagt Altenhofen.
Fraunhofer-Leitprojekt
»Go Beyond 4.0«
Digitale Druck- und Laserverfahren
werden bislang kaum in der Mas-
senproduktion eingesetzt, um
Produkte zu individualisieren.
Dabei ließen sich mit dieser Kom-
bination Serienprodukte ressour-
censchonend und kosteneffizient
bis hin zum Unikat individuell ge-
stalten. Dieser Herausforderung
nimmt sich das neue Fraunhofer-
Leitprojekt »Go Beyond 4.0« an.
weitere
Informationen
➞
Text:
Fraunhofer-Gesellschaft zur
Förderung der angewandten
Forschung e.V.
Hansastraße 27 c
D-80686 München
Individualisierte Massenfertigung
Fließender Übergang zwischen
Design und Simulation
Halle 4 | Stand A04