In der Software GraMMaCAD des Fraunhofer IGD können CAD-Modelle um funktional gradierte Materialübergänge erweitert werden. Der Standfuß aus dem Multimaterial-3D-Drucker dämpft daran fest angeschraubte Bauteile und federt diese ab (Quelle: Fraunhofer IGD)

Mit örtlich variierten (gradierten) Materialien lassen sich Bauteile funktionsgerecht auslegen, beispielsweise mittels Multimaterial-3D-Druck. CAD-Modelle mit lokal variierenden Eigenschaften zu versehen, ist schwierig und zeitaufwendig. Deshalb entwickeln Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD eine Softwarelösung, um Materialverteilungen an CAD-Modellen elegant und intuitiv zu definieren und damit komplexe Bauteilanforderungen umsetzen zu können. Im Rahmen eines Webinars am 15. April 2021, 14:00 Uhr bis 15:00 Uhr, stellt das Fraunhofer IGD seine Anwendung GraMMaCAD (Graded Multi-Material CAD) vor. 

Bauteile mit funktionalen Gradierungen zu verstehen, ist im Konstruktionsprozess bisher nicht etabliert, weil es abseits der Oberflächenbehandlung (z.B. durch Härten) dafür kaum Herstellungsverfahren gab. Mit Multimaterial-3D-Druck ändert sich das. Jedoch verlieren Designer, Konstrukteurinnen oder 3D-Druck-Dienstleister viel Zeit, wenn sie lokal variierende Eigenschaften auf CAD-Modellen definieren müssen. Für den bislang umständlichen Prozess existieren keine eleganten Lösungen, die eine interaktive und intuitive Definition lokal variierender Eigenschaften erlauben. Gängige Praxis ist, entweder das Modell in Teilmodelle zu unterteilen, denen dann verschiedene Materialien zugewiesen werden, oder die Materialzuweisung anhand von Bildern (Texturen) in einem Vorbereitungsschritt für den 3D-Druck vorzunehmen. Ersteres erlaubt meist nur diskrete Materialübergänge, während bei dem zweiten Verfahren die Gradierung als Variation der Texturinformation erzeugt werden muss.

Daher stellt sich die Frage: Wie lassen sich mit geringem Aufwand lokal variierende Materialinformationen innerhalb eines virtuellen dreidimensionalen Bauteils erzeugen? Die Herausforderung besteht darin, einfach und schnell kontinuierliche, der Geometrie folgende Materialgradienten zu generieren, wie sie mit modernen Multimaterialdruckern hergestellt werden können. GraMMaCAD kann volumetrische Materialverteilungen und Materialverläufe interaktiv erzeugen und bietet dafür einen grafisch-interaktiven Editor an, der dies auf elegante und benutzerfreundliche Art unterstützt. Ausgangspunkt ist ein CAD-Modell, das mit einem beliebigen CAD-Werkzeug modelliert wurde. GraMMaCAD unterstützt dabei zahlreiche gängige CAD-Formate, wie Step, Catia, JT, Pro/E und Solid-Works.

Im Webinar stellt die Entwicklerin Frau Thu Huong Luu die Software als Werkzeug zur vereinfachten Definition von Materialverteilung vor und erläutert praxisnah die verschiedenen Ansätze, um Materialverteilungen am CAD-Modell zu generieren.

Fraunhofer IGD (ih)

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