Digital Models for Additive Manufacturing

Das Tutorial „Digital Models for Additive Manufacturing“ bietet einen praxisnahen Einblick in die Erstellung und Simulation periodischer Gitterstrukturen mit GeoDict. Im Mittelpunkt stehen die in GridGeo verfügbaren Strut-Based Lattices und Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS), die insbesondere für Anwendungen in der additiven Fertigung, beispielsweise beim Lasersintern, interessant sind. Anhand verschiedener Gittertypen wird gezeigt, wie Geometrie, Abmessungen, Auflösung und Periodizität gezielt angepasst werden können.

Im Fokus steht der Workflow von der Generierung und individuellen Anpassung periodischer Gitterstrukturen über die realitätsnahe Modellierung ihrer Oberflächen bis hin zur Simulation ihrer Strömungseigenschaften. Dabei werden unter anderem Strut-Based Lattices, Gyroid- und Schwarz-Diamond-TPMS-Strukturen erzeugt und über Parameter wie Zellgröße, Strebenstärke, Wiederholungen und Schwellenwerte angepasst. Mit GrainGeo wird anschließend eine stochastische Oberflächenrauheit hinzugefügt, um beispielsweise die Oberfläche einer lasergesinterten Struktur realistischer abzubilden. Abschließend wird mit FlowDict eine Stokes-Strömungssimulation durchgeführt, die Permeabilität bestimmt und das resultierende 3D-Strömungsfeld visualisiert. Das Tutorial richtet sich insbesondere an GeoDict-Anwender aus der additiven Fertigung und Strömungssimulation, die komplexe Gitterstrukturen digital erstellen, optimieren und hinsichtlich ihrer Strömungseigenschaften untersuchen möchten.

• Einführung in periodische Gitterstrukturen: Lernen, wie GridGeo aufgerufen und zur Erzeugung vordefinierter Gitterstrukturen verwendet wird, die insbesondere für Anwendungen in der additiven Fertigung wie dem Lasersintern relevant sind.
• Grundlegende GridGeo-Strukturen erstellen: Standardstrukturen wie Grid of Spheres, perforierte Folien oder ein User Defined Grid erzeugen und die vordefinierten GeoPy-basierten Strukturen kennenlernen. 
• Strut-Based Lattices erzeugen: Gitterstrukturen aus miteinander verbundenen Streben und Knoten erstellen und verschiedene Gittertypen wie All-Face-Centered-Cubic und Body-Centered-Cubic kennenlernen. 
• Gitterparameter anpassen: Zellgröße, Strebenstärke an den Knoten und in der Strebenmitte, Voxelauflösung sowie die Anzahl der periodischen Wiederholungen in X-, Y- und Z-Richtung verändern. 
• Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS) erstellen: Mathematisch definierte TPMS-Strukturen wie Gyroid erzeugen und die Grundlagen periodischer Minimalflächen in GeoDict kennenlernen. 
• TPMS-Geometrien anpassen: Form, Anzahl der Wiederholungen, Abmessungen, Voxellänge und Schwellenwerte verändern, um Geometrie und Wandstärke der Struktur gezielt zu steuern. 
• Weitere TPMS-Typen erzeugen: Abmessungen und Periodizität anpassen und zusätzliche Geometrien wie die Schwarz-Diamond-Struktur erstellen. 
• Realistische Oberflächenrauheit hinzufügen: Mit GrainGeo – Roughen Surface eine stochastische Rauheit erzeugen, um beispielsweise die pulverartige Oberfläche lasergesinterter Bauteile realistischer abzubilden. 
• Strömungssimulation einrichten: Mit FlowDict und der Stokes(-Brinkman)-Gleichung eine Strömungssimulation vorbereiten, Materialien wie Wasser und Aluminium zuweisen und die Simulation durchführen. 
• Permeabilität und Strömungsverhalten analysieren: Den Permeabilitätstensor im Result Viewer auswerten und das berechnete dreidimensionale Strömungsfeld laden. 
• Strömungsfeld visualisieren: Clipping, Farbskala, Datenbereich, Transparenz und Legende anpassen, um Bereiche mit hohen und niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten sichtbar zu machen. 
• Praktische Anwendung in GeoDict: Einen vollständigen Workflow von der Gittererzeugung und Oberflächenmodifikation bis zur Strömungssimulation und 3D-Ergebnisvisualisierung kennenlernen.