Prozesssimulation

Simulation von Fertigungsschritten in der Pulvertechnologie

Auf Basis innovativer Werkstoffmodelle können die einzelnen Prozessschritte der Herstellung pulvertechnologischer Bauteile numerisch simuliert werden. Anhand der Ergebnisse lassen sich die Verfahrensschritte optimieren. Dadurch verkürzen sich die Entwicklungszeiten formgenauer und rissfreier Bauteile und die Fertigungskosten sinken. Das Spektrum der untersuchten Materialien umfasst pulvermetallurgische Werkstoffe wie Sinterstahl und Hartmetall sowie technische und Gebrauchskeramik.

Simulationen von Verfahrensparametern des SLM

Im selektiven Laserschmelzen führen hohe räumliche und zeitliche Temperaturgradienten zu Eigenspannungen und Verzügen. Durch das inkrementelle Bohrlochverfahren konnten ein Tiefenprofil der Eigenspannungen für unterschiedliche Temperaturen des Bauteils und verschiedene Scanstrategien ermittelt werden. Die additive Fertigung bei einer höheren Bauteiltemperatur trägt in starkem Maße dazu bei, die Eigenspannungen zu verringern. Eine optimierte Scanstrategie reduziert die Eigenspannungen noch weiter.

Simulationen des Stereolithographieprozesses

Das Wechselspiel aus zunehmender Steifigkeit, abnehmender Fließfähigkeit und volumetrischen Veränderungen durch Polymerisationsschrumpf und thermische Ausdehnung des Stereolithographieharzes während der Aushärtung führt zu Eigenspannungen und Verzügen. Prozessnahe Simulationen können diese vorhersagen und zur Optimierung der Verfahrensschritte beitragen. Für lichthärtende Harze wurde ein Materialmodell entwickelt, das den Verlauf der elastischen, viskosen und viskoelastischen Anteile der Verformungsantwort während der Aushärtung beschreibt. Das Materialmodell kann anhand geeigneter Experimente parametrisiert werden. Simulationsergebnisse zu Formverzügen zeigen eine gute Übereinstimmung mit experimentellen Resultaten.

Auslegung und Simulation komplex strukturierter Bauteile

Mit dem Selective Laser Meldting als Rapid-Prototyping und Rapid-Manufacturing-Verfahren werden metallische und keramische Bauteile und Werkzeuge hergestellt.

Die Arbeiten des Kompetenzfelds Additive Fertigung umfassen verfahrenstechnische, physikalische und werkstoffkundliche Grundlagen, die Modellbildung zur Unterstützung und Optimierung der Verfahrensentwicklung sowie die Entwicklung von Komponenten zur Strahlführung und -formung, zur Pulverzufuhr und zur Prozessüberwachung und -regelung. Darüber entwickeln und installieren wir komplette Pilotanlagen.

Entwicklung von Materialmodellen und Simulationstools für additive Prozesse

In vielen Branchen kommen heute Standardprodukte aus CAD-Baukastensystemen zum Einsatz. Die letzten Bauteile, die den eigentlichen Kontakt zum Produkt haben, werden aber mit hohem Aufwand produktindividuell und in Einzelstücken oder Kleinstserien hergestellt.

Durch den Einsatz additiver Fertigungsverfahren verbessern die Institute des Kompetenzfelds nicht nur punktuell die Qualität von Teilfunktionalitäten; sie stellen auch ganze Funktionsbaugruppen direkt her, die ohne jegliche Montageschritte einsatzbereit sind.