PipAM- Intelligente Rohrsysteme neu gedacht. Automatisierte und optimierte Fluidführung durch additive Fertigung
Das Forschungsprojekt PipAM (Automated and optimized piping by additive manufacturing) untersuchte, wie komplexe Fluidstrukturen mit intelligenten Algorithmen automatisiert entwickelt und für die additive Fertigung vorbereitet werden können.
Projektziel: Automatisierte Konstruktion für komplexe Fluidtechnik
Komplexe Rohr- und Kanalstrukturen begegnen uns in vielen technischen Anwendungen – von Wasserstoffsystemen über Ventiltechnik bis hin zu Kühl- und Medizintechnik.
Ihre Entwicklung erfolgt heute häufig noch manuell und ist entsprechend zeit- und ressourcenintensiv.
Das Forschungsprojekt PipAM untersuchte deshalb neue Wege, um fluidführende Systeme mithilfe intelligenter Algorithmen automatisch zu erzeugen und gleichzeitig für die additive Fertigung zu optimieren.
Im Mittelpunkt stand die Frage: Wie lassen sich komplexe Fluidstrukturen effizienter entwickeln, ohne Strömung, Bauraum und Fertigung aus dem Blick zu verlieren?
Die Idee
Die additive Fertigung eröffnet neue Möglichkeiten für technische Bauteile. Im Gegensatz zu klassischen Herstellungsverfahren können Rohr- und Kanalstrukturen deutlich freier gestaltet werden – beispielsweise mit organischen Formen, variablen Querschnitten oder komplexen Verzweigungen.
Genau hier setzte PipAM an.
Das Forschungsprojekt kombinierte:
- automatische Rohrverlegung,
- Strömungssimulation,
- algorithmische Geometrieerzeugung,
- und additive Fertigungstechnologien.
Ziel war die Entwicklung eines digitalen Workflows, der komplexe fluidführende Systeme automatisiert erzeugen und gleichzeitig fertigungsgerecht optimieren kann.
Der Ansatz: Automatisierte Konstruktion für komplexe Fluidtechnik
Prozessschritte
Schaltplan
Technische Vorgaben und Anschlüsse definieren.
Routing
Automatische Rohrführung im Bauraum.
Simulation
Bewertung von Strömung und Druckverlust.
Geometrie
Erzeugung druckbarer 3D-Strukturen.
Transfer
Bewertung für industrielle Anwendungen.
Die Herausforderung
Die automatische Entwicklung komplexer Rohrsysteme stellte sich als deutlich anspruchsvoller heraus als ursprünglich angenommen.
Denn ein funktionierendes System muss viele Anforderungen gleichzeitig erfüllen:
Es muss strömungstechnisch sinnvoll, kollisionsfrei konstruiert und gleichzeitig additiv herstellbar sein.
Besonders herausfordernd waren:
- komplexe Verzweigungen,
- begrenzte Bauräume,
- unterschiedliche Kanalformen,
- sowie die Erzeugung robuster druckbarer Geometrien.
Die entwickelten Algorithmen mussten deshalb nicht nur Wege finden, sondern gleichzeitig Fertigung, Geometrie und Strömungsverhalten berücksichtigen.
Die Rolle der GFaI
Die Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e.V. (GFaI) entwickelte zentrale Teile der Automatisierungslogik innerhalb des Projekts.
Dazu gehörten:
- intelligente Routing-Algorithmen zur automatischen Rohrführung,
- Verfahren zur Kollisionsprüfung,
- Verzweigungslogiken,
- sowie die automatische Erzeugung fertigungsgerechter 3D-Geometrien.
Zum Einsatz kamen unter anderem genetische Optimierungsverfahren und moderne Geometriemodelle.
Die GFaI übernahm damit insbesondere die Rolle des Technologie- und Algorithmikpartners innerhalb des Konsortiums.
Forschungsergebnis
Im Projekt konnten verschiedene Technologien erfolgreich untersucht und kombiniert werden.
Dazu zählen:
- automatisierte Rohrführung im dreidimensionalen Bauraum,
- strömungsoptimierte Kanalgeometrien,
- automatische Geometrieerzeugung,
- sowie Verfahren zur Erzeugung druckbarer Strukturen.
Demonstratoren zeigten, dass additiv gefertigte Fluidstrukturen deutliche Potenziale bieten können – beispielsweise durch kompaktere Bauweisen oder reduzierte Druckverluste.
Zusätzlich wurden unterschiedliche Querschnittsformen und Strömungssimulationen untersucht, um das Verhalten verschiedener Geometrien digital zu analysieren und miteinander zu vergleichen.
PipAM war ein Forschungsprojekt mit hohem Innovationsgrad. Ziel war es, technologische Grundlagen zu erforschen und neue Lösungsansätze zu entwickeln.
Gleichzeitig wurde deutlich:
Die industrielle Umsetzung vollständig automatisierter Entwicklungsprozesse bleibt technisch anspruchsvoll.
Insbesondere:
- hohe Rechenzeiten,
- komplexe Verzweigungslogiken,
- und fertigungstechnische Randbedingungen
stellen weiterhin Herausforderungen dar.
Potential und Anwendung
Die entwickelten Ansätze besitzen langfristig großes Potenzial für industrielle Anwendungen – insbesondere überall dort, wo komplexe fluidführende Systeme benötigt werden.
Mögliche Einsatzbereiche:
- Wasserstoff- und Energietechnik
- Ventil- und Fluidtechnik
- Werkzeug- und Formenbau
- Medizintechnik
- Luft- und Raumfahrt
Darüber hinaus schaffen die Ergebnisse wichtige Grundlagen für:
- generatives Design,
- KI-nahe Optimierungsverfahren,
- und automatisierte Entwicklungsprozesse in der additiven Fertigung.
Bedeutung für KMU (Klein- und mittelständige Unternehmen)
Viele kleine und mittlere Unternehmen stehen vor ähnlichen Herausforderungen:
Komplexe Bauteile verursachen hohen Entwicklungsaufwand, während spezialisierte Simulations- und Optimierungswerkzeuge oft nur begrenzt verfügbar sind.
PipAM zeigt mögliche Wege auf, wie digitale Automatisierung zukünftige Entwicklungsprozesse unterstützen könnte.
Langfristig könnten solche Technologien helfen:
- Entwicklungszeiten zu reduzieren,
- komplexe Geometrien besser nutzbar zu machen,
- und additive Fertigung wirtschaftlicher einzusetzen.
Gerade für KMU könnten automatisierte Werkzeuge künftig den Zugang zu komplexen additiv gefertigten Fluidstrukturen erleichtern.