Sat Oct 19 2019

10 19

Topologie optimaliseren in verspaningsproces

06/06/2016

Door Ad Spijkers

Finite elementen programma's kunnen constructeurs ondersteunen, maar hebben beperkingen aangaande de toegepaste bewerking. Een nieuwe methode van Fraunhofer-IPA biedt hier uitkomst.


     

Wanneer een licht onderdeel wordt ontwikkeld, gebeurt dat allereerst op de computer. De constructeur reproduceert het werkstuk met een Finite Elementen programma en laat dit een voorstel voor een ontwerp maken. De software houdt echter maar deels rekening met de speciale eisen van de productiemethode. In het bijzonder voor werkstukken die via verspaningsprocessen zoals frezen worden vervaardigd, zijn er geen gestandaardiseerde oplossingen. Het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) heeft een procesketen ontwikkeld waarmee de constructie op de PC sneller en efficiënter verloopt.

De methoden van de virtuele productontwikkelingen bieden constructeurs waardevolle hulpmiddelen. Op de copmuter worden structuuroptimaliseringsmethoden gehanteerd, waarmee producteigenschappen al bij de constructie op de PC worden bepaald en zwakke plekken kunnen worden geëlimineerd. Onderdelen kunnen dus al in de conceptfase worden aangepast en in ontwerpvoorstellen gevisualiseerd.

Geen oplossing voor verspaningsprocessen

Bij het maken van lichte onderdelen, waarbij gewichtsreductie het belangrijkste doel is, behoort topologie-optimalisering tot de belangrijkste instrumenten. De methode richt zich op de geometrie van het werkstuk. Hier zijn veelzijdige mogelijkheden beschikbaar om bijvoorbeeld door uitsparingen gewicht te besparen.

Helaas houden FE-programma’s als Ansys en Altair maar in beperkte mate rekening met de verschillende productietechnieken. Voor gegoten onderdelen of via additive manufacturing bestaan weliswaar al oplossingen maar dat geldt niet voor werkstukken die worden vervaardigd door verspanings- of scheidingsprocessen zoals frasen en waterstraal- of laserstraalsnijden. De constructeur moet het ontwerpvoorstel met de hand bijwerken en aanpassen op het productieproces, wat tijd en geld kost.

Om op dit punt sneller te worden, heeft Fraunhofer-IPA een standardmethode ontwikkeld waarmee lichte onderdelen door bestaande software-oplossingen efficiënter kunnen worden ontwikkeld. De nieuwe procesketen ondersteunt de systematische procedure en vermindert het aantal instelmogelijkheden die de tools die de constructeur of simulator ter beschikking staan.

De tekortkomingen van de huidige oplossingen bieden potentieel voor nieuwe, doelgericht op de verspanings- of scheidingsmethode gerichte beperkingen. De randvoorwaarden maken een ontwerpvoorstel mogelijk, dat bijvoorbeeld rekening houdt met meerdere bewerkingsrichtingen en de geschikte gereedschappen en de toegankelijkheid daarvan. De kenmerken steunen voor een deel op vormgevingsrichtlijnen of restricties die al in FE-programma’s zijn geïmplementeerd. Verder worden niet benaderingen gevolgd.

Partners gezocht

In de volgende stap moeten de voorstellen softwaretechnisch worden omgezet. Het Fraunhofer-Institut zoekt nog een IT-bedrijf dat de productierestricties implementeert in een FE-oplossing. De nieuwe procesketen kan echter al wel worden gebruikt voor de ontwikkeling van onderdelen. Met software-tools en de nieuwe standaardmethoden ontwikkelen en optimaliseren de wetenschappers al onderdelen van hun partners en ondersteunen hen bij de omzetting naar een economische oplossing. (foto: Fraunhofer IPA, Rainer Bez)