Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGDGraMMaCAD unterstützt Ingenieurinnen und Ingenieure dabei, CAD-Modelle gezielt mit Materialgradienten anzureichern und so funktional optimierte Multi-Material-Bauteile effizient zu erstellen.
Funktionsintegriertes Photopolymer-Bauteil gedruckt auf Stratasys J 850
GraMMaCAD – Graded Multi-Material CAD
Interaktive CAD-Software zur effizienten Gestaltung funktional gradierter Multi-Material-Bauteile für die additive Fertigung
Unsere Lösung: Interaktive CAD-Software für Materialgradienten und Multi-Material-3D-Druck
GraMMaCAD bietet eine interaktive CAD-Umgebung, in der Materialgradienten direkt auf einem existierenden 3D-Modell definiert werden können. Funktional gradierte Materialien (Material- bzw. Eigenschaftsverläufe) können effizient definiert werden, auch solche, die der Form des Bauteils kontinuierlich folgen - bei Geometrieänderungen ziehen die Gradienten automatisch nach.
Die Software reduziert den manuellen Aufwand erheblich und ermöglicht eine konsistente, reproduzierbare Datenaufbereitung für Multi-Material-3D-Druckprozesse.
Zielgruppen und Einsatzbereiche
Für Mitarbeitende in der Konstruktion
GraMMaCAD ermöglicht es, CAD-Modelle von Bauteilen schnell und interaktiv mit funktionalen Materialverläufen auszustatten und für den Multi-Material-3D-Druck vorzubereiten. Gradienten lassen sich effizient definieren und bei Modelländerungen weiterverwenden.
Für Hersteller von Multi-Material-3D-Druckern
Die Software macht die Möglichkeiten von Drucktechnologien, die mehrere Materialien kombinieren oder gezielt positionieren können, für Anwender einfach nutzbar. Dadurch können Kunden die besonderen Eigenschaften des Druckers schneller erschließen und effizient in ihren Anwendungen einsetzen, was die Attraktivität der Multi-Material-3D-Drucker steigert.
Herausforderung im Multi-Material-3D-Druck: Hoher Aufwand bei der Definition von Materialgradienten
Die Gestaltung von funktional gradierten Multi-Material-Bauteilen ist in der Praxis mit erheblichem Aufwand verbunden. Häufig erfolgt die Materialzuweisung durch manuelle oder skriptbasierte Nachbearbeitung der Bauteilslices. Diese Vorgehensweisen sind zeitintensiv, fehleranfällig und stark modellspezifisch. Bei Änderungen an der Geometrie entsteht häufig der gesamte Materialzuweisungsaufwand erneut.
Eine effiziente, wiederverwendbare und geometriebasierte Definition von Materialgradienten fehlt bislang weitgehend. Damit bleiben Möglichkeiten modernster Multi-Material-3D-Drucker, die Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften »mischen« können, ungenutzt.
Praxisbeispiele
Funktional gradierte Keramikbauteile (LCM) gedruckt im Lithoz-CM Verfahren
Keramik- und TPU-Bauteile
Die Lithoz GmbH nutzt die Software, um gradierte Keramikbauteile für die Lithographie-basierte keramische Fertigung (Lithography-based Ceramic Manufacturing LCM) zu entwickeln und die Vorteile ihrer Technologie anschaulich darzustellen.
GraMMaCAD wird am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) zur Erstellung von Bauteilprototypen für funktional gradierte Strukturen im Zusammenhang mit der High Speed Sintering-Technologie von voxeljet GmbH eingesetzt.
TPU-Bauteil gedruckt mit voxeljet HSS-Technologie
Video: Materialübergänge direkt im CAD modellieren – für robustere Bauteile ohne Schwachstellen
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- GraMMaCAD: Interactively Defining Spatially Varying FGMs on BRep CAD Models
Luu, Thu Huong; Altenhofen, Christian; Stork, Andre; Fellner, Dieter - Additive Manufacturing Interfaces. AMI Recommendation
Stork, Andre; Balinsky, Helen; Glaesner, Kai Henri; Just, Stefan; Ríos, José - Efficient slicing of Catmull-Clark solids for 3D printed objects with functionally graded material
Luu, Thu Huong; Altenhofen, Christian; Ewald, Tobias; Stork, André; Fellner, Dieter W. - GPU-Parallel Constant-Time Limit Evaluation of Catmull-Clark Solids
Besler, Sebastian; Altenhofen, Christian; Stork, Andre; Fellner, Dieter - Continuous Property Gradation for Multi-Material 3D-printed Objects
Altenhofen, Christian; Grasser, Tim; Luu, Thu Huong; Dennstädt, Marco; Mueller-Roemer, Johannes Sebastian; Weber, Daniel; Stork, André