Entwicklung eines Verfahrens zur Erstellung eines lastoptimierten 3D-gedruckten Logistikladungsträgers

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Verfahren entwickelt, das Ladungsträger für die Logistik automatisiert erzeugt und herstellt. Es wird auf Basis der Ladungsgutgeometrie ein kastenförmiger Ladungsträger generiert, der nachfolgend bezüglich der Topologie optimiert wird, um den Materialeinsatz und die Fertigungszeit zu reduzieren. Für die Fertigung der Ladungsträger wird ein neuartiges additives Fertigungssystem verwendet, das direkt Kunststoffgranulat verarbeitet und aufgrund seines Aufbaus kostengünstig in der Anschaffung ist. Trotzdem kann die Kunststoffschmelze für die Fertigung eines Ladungsträgers ausreichend genau dosiert werden. Die Topologieoptimierung erfordert die Kenntnis über die Belastung des Ladungsträgers während des Transports, welche mit einer Kontaktsimulation ermittelt wird. Jedoch sind für die Simulation lange Rechenzeiten erforderlich, sodass eine alternative Heuristik entwickelt und der Kontaktsimulation gegenübergestellt wird. Während der Topologieoptimierung wird eine Überhangnebenbedingung verwendet, die eine Fertigung des Ladungsträgers durch einen 3D-Drucker ohne zusätzliche Stützstrukturen erlaubt. Überhangnebenbedingungen sind in der Literatur bereits bekannt, jedoch ist es gelungen, den erforderlichen Rechenaufwand für die Zusatzbedingung deutlich zu reduzieren. Zum Abschluss werden zwei Demonstratoren generiert und hergestellt.