Das Fraunhofer IGD hat mit GraMMaCAD eine neue 3D-Software vorgestellt, mit der die Modellierung gradierter Bauteile möglich sind. Bei gradierten Bauteilen geht es vor allem darum, verschiedene Materialien und Anforderungen in einem 3D-Druckprozess umzusetzen. Die Software hilft dabei Materialverteilungen optimal in den CAD-Modellen zu definieren.

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Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung (Fraunhofer IGD) hat in einer Pressemitteilung an das 3D-grenzenlos Magazin mit der Software GraMMaCAD eine Anwendung vorgestellt, die Materialverteilungen intuitiv an CAD-Modellen definiert. Mit funktional gradierten Materialien können Bauteile anforderungsgerecht optimiert werden. Für den Multimaterial-3D-Druck entstehen so neue Möglichkeiten, komplexere Bauteilanforderungen umzusetzen. Eine Software, welche die computergestützte Modellierung von gradierten Eigenschaften und multiplen Materialien für 3D-Bauteile und die Herstellung per 3D-Druck ermöglicht, wurde bereits 2018 vorgestellt.

Was sind Gradientenwerkstoffe?

Mehrere Materialien zu kombinieren ist für die Industrie immer wichtiger. Bei Werkstoffen, deren Eigenschaften kontinuierlich entlang einer oder mehrerer Raumrichtungen ausgeprägt werden, handelt es sich um Gradientenwerkstoffe. Sie sind durch die Materialzusammensetzung oder die Prozessparameter im additiven Herstellungsprozess realisierbar.

Materialeigenschaften lassen sich dabei gezielt innerhalb eines Bauteils einstellen. Ein fließender hart-weich-Materialverlauf an einem Dämpfungselement ist nur eines von vielen Anwendungsbeispielen. Durch den Materialübergang wird es weniger anfällig für Risse, als wenn das Material abrupt wechselt.

Details zur Software GraMMaCAD

Standfuß Beispiel als Display-Screenshot
In GraMMaCAD können CAD-Modelle um funktional gradierte Materialübergänge (z.B. von fest nach flexibel) erweitert werden. Im Bild zu sehen ist der Standfuß aus dem Multimaterial-3D-Drucker, der daran fest angeschraubte Bauteile dämpft und diese abfedert (Bild © Fraunhofer IDG).

Mit GraMMaCAD (Graded Multi-Material CAD) können Materialverteilungen und -verläufe beim Entwicklungsprozess virtueller Produkte interaktiv definiert werden. Bisher war es zeitaufwendig und schwierig, lokal variierende Eigenschaften auf CAD-Modellen zu definieren. Einzelne Modelle wurden in Teilmodelle unterteilt, denen verschiedene Materialien zugewiesen wurden.

Die Software des Fraunhofer IGD soll mit geringe Aufwand lokal variierende Materialinformationen innerhalb eines dreidimensionalen Bauteils mit einem benutzerfreundlichen graphisch-interaktiven Editor erzeugen. Unterstützt werden gängige CAD-Formate, wie STEP, CATIA, JT, Pro/E und SolidWorks. Es gibt drei mögliche Ansätze, um Materialverteilungen an dem CAD-Modell zu generieren.

Verschiedene Ansätze

Der erste Ansatz setzt auf die Auswahl einer oder mehrerer CAD-Flächen des CAD-Modells. Hilfsgeometrien unterstützen die Arbeit mit dem zweiten Ansatz, bei dem der Benutzer eine oder mehrere neu erzeugte Ebenen wählen kann. Beide Möglichkeiten erzeugen einen gradierten Materialverlauf, dessen Art graphisch-interaktiv beeinflusst werden kann.

Beim dritten Ansatz können Benutzer Bauteile des CAD-Modells Materialinformationen zuweisen und die automatische Errechnung (Interpolation) der Materialkennwerte zwischen ihnen aktivieren. Dafür wird das CAD-Modell zuvor in einer CAD-Software in Teilkörper zerlegt.
Jedem Teilkörper kann entweder ein bestimmtes Material zugewiesen werden oder es kann als gradiert deklariert werden. GraMMaCAD erzeugt den Materialverlauf anschließend anhand der Umgebungsinformation automatisch. Beispiele für 3D-Drucker, die unterschiedliche Materialien auf engem Raum verarbeiten und so gradierte CAD-Modelle realisieren können, sind jene der 3D-Drucker-Serie J7 und J8 von Stratasys.

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