Bis dato erfolgt die Integration neuer Werkstoffe in verschiedene Metall verarbeitende, generative Anlagentechnologien und die Abstimmung prozessrelevanter Parameter über zeit- und kostenaufwändige empirische Versuchsreihen. In einem iterativen Prozess, der durch die Herstellung zahlreicher Probe­körper gekennzeichnet ist, werden die Prozessparameter so lange angepasst, bis die Bauteile die geforderte, tolerierbare Maßhaltigkeit aufweisen. Folglich beschreibt die Entwicklung eigenspannungs- und verzugsneutraler Belichtungs­strategien ein zentrales Thema gegenwärtiger Entwicklungsarbeiten.

Ziel des Verbundvorhabens SimuSint im Rahmenkonzept "Forschung für die Produktion von morgen" ist es, ein flexibles, mo­du­lares Baukastensystem für die thermische und thermomechanische Simulation von Verfahren für Direct Metal Fabrication (DMF) zu ent­wickeln. Dadurch sollen der Prozessreifegrad frühzeitig erhöht und die Bauteileigenschaften vor­her­gesagt werden. Durch an­wendungsbezogene, individuell konfigurierbare Simulations­ketten wird eine effiziente Tech­nologieentwicklung angestrebt.

Abb. 1: Modulares Basissystem zur Technologie- und Bauprozessoptimierung

Mit Hilfe moderner Rechner­technolo­gien werden anwen­dungs­bezogene Simulationsmodelle erstellt, wobei als wesentliche Aspekte die Adap­tion und Er­wei­terung etablierter Simulationsmethoden im Bereich der Fertigungstechnik ver­folgt wer­den. Der daraus erarbeitete und als modulares Werkzeug gebündelte Simu­lations­bau­kasten soll einer­seits von Anlagen­herstellern, andererseits auch von An­wen­dern der Tech­no­logien ohne die Kenntnis von spezifischem Expertenwissen eingesetzt werden können. Das Verbundvorhaben ist in insgesamt neun Arbeits­pakete ge­gliedert. Als zen­trales Arbeitspaket ist die Konfiguration anwendungs­ge­rechter Simu­lations­ketten zu nennen. Das modulare Simulationssystem wird anhand von zwei grund­legenden An­wen­dungs­szenarien erprobt. Ein Szenario betrachtet die Ableitung geeigneter Prozess­parameter in Ab­hän­gigkeit von der Bauteilgeometrie und des Pulverwerkstoffs. Das an­dere Szenario beinhaltet ausgehend vom berechneten Bau­teil­verzug eine entsprechende Vor­skalierung der Bauteilgeometrie. Da komplexe physikalische Wirkmechanismen zur hin­reichend genauen Beschrei­bung einzelner Teilmodule erforderlich sind, sollen wissen­schaft­lich fun­dierte Me­tho­den aus dem Bereich der numerischen Schweißsimulation aufgegriffen, adap­tiert und unter Berück­sichtigung relevanter Randbedingungen generativer Prozesse er­weitert werden.

Durch die Adaption und spezifische Erweiterung von Algorithmen für die thermische Simulation und die korrelierende Kalibrierung mathematischer Wärmequellenmodelle können verschiedene Belichtungsstragien (Laserleistung, hatch-Abstand, Belichtungsmuster) auf deren Eignung für den Einsatz in DMF-Verfahren hin untersucht werden. Im Hinblick auf die Entwicklung und Optimierung realer Prozesse liefert die Simulation in der frühen Projektphase damit bereits wertvolle Erkenntnisse.

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