Idee
Die Natur macht es uns vor: Sie vereint scheinbar widersprüchliche Eigenschaften in Körperteilen von Organismen, so bestehen Zähne beispielsweise aus einer harten äußeren Schicht, die einen dämpfenden weicheren Kern umgibt. Ein weiteres Beispiel sind Knochen, deren Porosität den Belastungen entsprechend lokal variierend folgt. Bisher waren solche Objekte kaum herstellbar, durch die additive Fertigung könnte sich dies ändern. Multimaterial-3D-Drucker, die in immer größerer Anzahl verfügbar werden, und kompatible Materialien vorausgesetzt, stellt sich jedoch die Frage, wie das Modellieren von Bauteilen mit funktional gradierten Materialeigenschaften im virtuellen Produktentwicklungsprozess durch SW-Werkzeuge unterstützt werden kann.
Zielsetzung
Zielsetzung des Demonstrators ist es, neue Möglichkeiten der Anreicherung existierender digitaler 3D-Bauteilmodelle mit lokal variierenden Materialeigenschaften, die kontinuierlich ineinander übergehen, aufzuzeigen. Darüber hinaus sollen Funktionalitäten realisiert werden, organische Formen modellieren zu können, die ebenfalls funktional gradierte Eigenschaften aufweisen.
Konzept
- Überwindung der Limitationen heute üblicher CAD-System hinsichtlich der Gestaltungsmöglichkeiten von Materialvariationen im Raum
- Anreicherung von CAD-Modellen mit funktional gradierten Materialeigenschaften
- Alternative Repräsentationsschemata für Geometrie- und Materialeigenschaften
Umsetzung
- Geplant ist die Umsetzung in Form eines Software-Demonstrators als graphisch-interaktives System, das auf Desktop-PCs lauffähig ist
Nutzen
Mit heutigen CAD-Systemen sind kontinuierliche Materialgradienten nur approximativ repräsentierbar. Dazu ist das CAD-Modell das Bauteil in viele Teile zu zerlegen, denen jeweils ein Material zugeordnet werden muss. Dies erfordert viel manuellen Aufwand und belässt die Materialübergänge diskret. Häufig führen harte (diskrete) Materialübergänge zu Spannungen bis hin zur Rissbildung im fertiggestellten Bauteil. Der hier beschriebene Demonstrator soll oben genannte Limitationen und ihre negativen Auswirkungen überwinden und zeigen, dass CAD-Modelle intuitiv, effizient und elegant mit Materialübergängen angereichert und gedruckt werden können.