Die Verknüpfung von Strukturoptimierung und Parametrischem Design im Rapid Prototyping

Florian Fleischner

Am 05. Juni 2013 präsentierte Florian Fleischner seine Masterarbeit Die Verknüpfung von Strukturoptimierung und Parametrischem Design im Rapid Prototyping.

Abstract

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Erzeugung von generativen Geometriedaten durch parametrische Beschreibung. Es wird der Versuch unternommen, Ergebnisse einer vorangegangenen numerischen Simulation und Optimierung so mit den Modellen zu verknüpfen, dass die Form der entstehenden Struktur automatisiert erstellt werden kann. Somit wird ein Teil des Schaffensprozesses an eine Rechenoperation ausgegliedert, die Formen erzeugen kann, welche durch manuelle Konstruktion nicht erreichbar wären. Die Zunahme und Ausreifung von Fertigungstechniken aus dem Bereich des Rapid Prototyping ermöglicht es seit kurzem derartig erzeugte Strukturen in hochbelastbaren Werkstoffen zu produzieren. Durch die zusätzlichen Entwicklungen im Bereich der parametrischen Cad-Verfahren steigern sich derzeit auch die Möglichkeiten bei der Umsetzung zunehmend komplexer werdender Objekte.

In der Arbeit werden zunächst natürliche zellulare Materialen wie Holz, Knochen und Schwämme in ihren Optimierungsstrategien als vorbildhafter Ausgangspunkt beschrieben. Darauf aufbauend werden Begriffe, Einflüsse und Bedingungen der Topologieoptimierung anhand eines zwei- und dreidimensionalen Beispiels analysiert. Das parametrische Design wird mittels Grasshopper als Schnittstelle zu Rhino in die Bereiche Hüllgeometrie, Ein- und Ausleitungsbereiche der Kräfte sowie Volumenfüllung unterteilt und anschließend mit Ergebnissen der Topologieoptimierung verknüpft, um einen strukturveredelten Bauteil zu erhalten.