Leichtbau-Maschinenkomponenten mit hoher Dämpfung durch schichtweise innere Strukturoptimierung

Abstract

Leichtbau und Strukturoptimierung bieten auch im Maschinenbau großes Potenzial für Ressourcen- und Energieeffizienz sowie zur Dynamiksteigerung. Die hohe Bauteilkomplexität, der entsprechende Fertigungsaufwand und die mangelnde Skalierbarkeit auf große metallische Strukturbauteile verhindern jedoch den verbreiteten Einsatz im Maschinenbau. Diese Arbeit stellt daher einen Ansatz zur automatisierten Modellierung und zur schichtweisen Fertigung von strukturoptimierten Leichtbaukomponenten vor, der für diesen Anwendungsfall einen pragmatischen Kompromiss bietet. Dazu wird die numerisch optimale Dichteverteilung einer Topologieoptimierung durch Hohlräume im Bauteilinnern approximiert. Die Fertigung erfolgt durch das Verkleben von vorab strukturierten Blechschichten im Layer Laminated Manufacturing Verfahren. Die experimentelle Validierung an zwei realen Bauteilen einer Vorschubachse bestätigt die industrielle Anwendbarkeit und zeigt das Potenzial der Methodik: eine signifikant erhöhte Bauteildämpfung trotz hohem Grad an Leichtbau.