M&H CNC Technik Altair Inspire: Inspiriert von optimiertem Design

Die von M&H und einem namhaften Luftfahrtunternehmen neu entwickelte Konsole fungiert als Anbindung zwischen dem Innenausbau und der Flugzeug-Zellenstruktur.

Die Additive Fertigung bietet viele neue Möglichkeiten. „Die Vorteile dieser Technologie umfassen eine schnellere und oft kostengünstigere Herstellung komplexer Bauteile und die Möglichkeit, auch solche Produktdesigns zu fertigen, die mit traditionellen Fertigungsmethoden bisher nicht oder nur unter sehr hohem Aufwand hergestellt werden konnten“, meint Hans Bogenreiter, Verantwortlicher für den Bereich Additive Fertigung bei der M&H CNC Technik GmbH. Vor allem hinsichtlich des Leichtbaus eröffnet sich mit dem 3D-Druck ein bisher unerreichtes Einsparpotenzial. Mit einem entsprechenden Design können Materialeinsatz und das daraus resultierende Gewicht um bis zu 80 % reduziert werden.

Workflow der Topologieoptimierung: v.l.n.r. Originalteil mit Lasten, Lastverteilung im Originalteil, festgelegter Entwurfsbereich, Lastverteilung im topologieoptimierten Teil.

Über M&H

Seit 2013 beschäftigt sich die vor etwa 20 Jahren gegründete M&H CNC-Technik GmbH mit Additiver Fertigung. Auf über 750 m² fertigt das Unternehmen im Wesentlichen Prototypen für die Energieindustrie und bietet die gesamte Leistungskette vom Engineering bis zum fertig endbearbeiteten Teil. Neben Laserstrahlschmelzen auf zwei Anlagen von SLM-Solutions zählen 5-Achs-Simultanbearbeitung, 2D/3D-Fräsen, Drehen und Schleifen zum Leistungsumfang des steirischen Unternehmens.

Exkurs – Bionisches Design für den Leichtbau

Die Nutzung von Optimierung und bionischem Design sind dabei eine wichtige Voraussetzung für die Herstellung von innovativen und struktureffizienten Produkten in Leichtbauweise. Wie dies in der industriellen Praxis umgesetzt werden kann hat die M&H in Zusammenarbeit mit einem namhaften Luftfahrtunternehmen bereits mit der entwickelten Halterung eines Business Jets bewiesen. Die neu entwickelte Halterung fungiert als Anbindung zwischen dem Innenausbau und der Flugzeug-Zellenstruktur.

Aufgabenstellung Gewichtsreduktion

„Die Konsole wurde ursprünglich für die konventionelle Bearbeitung konstruiert und hat eine hohe Buy-to-Fly-Ratio von 17. Das Buy-to-Fly-Verhältnis gibt die Relation zwischen dem Gewicht des eingekauften Rohmaterials und dem Gewicht des Endteils wieder. Für klassisch konstruierte Bauteile ist der Mehrwert der lasergestützten Fertigung in der Regel gering, daher wurde mittels Topologieoptimierung ein Re-Design für die additive Herstellung vorgenommen. Ziel der Optimierung war es, das Gewicht zu minimieren und dabei die notwendige Festigkeit zu erreichen, um den seitens des Kunden definierten dynamischen Lasten standzuhalten“, erklärt Bogenreiter.

Hans Bogenreiter
verantwortlich für den Bereich Additive Fertigung bei M&H CNC Technik GmbH.

„M&H bietet seinen Kunden Gesamtlösungen unter einem Dach und aus einer Hand. Das Komplettpaket reicht vom Topologie-optimierten Design, der Entwicklung zur Produzierbarkeit, bis zu Test und Qualifizierung von hoch beanspruchten Bauteilen und Baugruppen mittels additiver und konventioneller Fertigungsprozesse. Die zunehmend standardisierten und industrialisierten Fertigungsprozesse sowie die Konformität zu internationalen Industrienormen sorgen für Reproduzierbarkeit und Verlässlichkeit.“

Beachtliches Resulat

Die interessante Form der (exemplarischen) Konsole ist das Ergebnis räumlicher Einschränkungen und hoher Lasten. Die ursprüngliche Fräskonstruktion wog 480 g. Beim Re-Design wurden eine Topologieoptimierung vorgenommen. Die von M&H im selektiven Laserschmelzen additiv hergestellte Konsole wiegt nur noch 260 g bei gleicher Steifigkeit, was einer Gewichtsreduzierung von 46 % entspricht. Die Buy-to-Fly-Ratio bei der M&H Version sinkt somit auf 1,5 (einschließlich Stützstrukturen).

Inhalt der Workshops bei M&H

Im Rahmen der Wokshops wird den Teilnehmern ein Überblick über die Grundlagen des industriellen 3D-Druckes von der Vor- bis hin zur Nachbereitung, den Aufbau und die Funktion von AM-Anlagen, Prozessparameter und Werkstoffe sowie eine Einführung in die wirtschaftlichen Kostentreiber gegeben. Darüber hinaus lernen die Teilnehmer die wichtigsten Konstruktionsrichtlinien für den 3D-Druck kennen und erhalten einen Einblick in die gegebenen Leichtbaupotenziale.

Drei von vier der für 2018 geplanten Seminare, die auch in den Räumen der M&H CNC Technik in Ilz, Steiermark stattfinden, wurden bereits erfolgreich durchgeführt. Der vierte und letzte Workshop WORKSHOP 3D-DRUCK METALL – Konstruktion. Optimierung. Druck. findet vom 4. bis 5. Dezember 2018 statt.

Die Konsole wurde ursprünglich aus dem Vollen gefräst und hat eine hohe Buy-to-Fly-Ratio von 17.

Ausblick für 2019: Inspire-Training schließt sich an

M&H plant zukünftig auch ein eintägiges Inspire-Training, in dem sowohl die Teilnehmer der vorangegangenen Seminare als auch andere Nutzer die Gelegenheit haben, ihre Kenntnisse mit der Software Inspire zu vertiefen und so die Potenziale des 3D-Drucks zukünftig noch besser zu nutzen. Im Verlauf des Jahres 2019 wird die Kooperation auf mehrtägige Praxisseminare zum Thema Bionisches Design für den industriellen 3D-Druck ausgeweitet werden, in denen die Teilnehmer die gesamte Prozesskette von der softwarebasierten Topologieoptimierung bis hin zum fertigen 3D-Druck-Metallbauteil praktisch erlernen können.

formnext Halle 3.0, Stand F70