Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einsatz der Schweißverzugssimulation zur Bewertung der Aufbaustrategie in der additiven Fertigung am Beispiel des Laserpulverauftragschweißens

Die virtuelle Prozessauslegung des Laserpulverauftragschweißens und anderer zusatzwerkstoffbasierter additiver Fertigungsverfahren mit Hilfe numerischer Simulationsmethoden ist ein notwendiges Werkzeug, um das volle Potential dieser neuen, hochflexiblen Fertigungsverfahren ausschöpfen zu können. Aktuelle Simulationsansätze im Bereich der Schweißsimulation ermöglichen jedoch bisher keinen wirtschaftlichen Einsatz für dieses neue Anwendungsfeld. Das Aufgreifen der vorhandenen Ansätze ohne eine problemspezifische Anpassung würde zu enormen, nicht vertretbaren Bearbeitungszeiten führen. Als Hauptgründe können hohe Rechenzeiten, Instabilitäten und ein unverhältnismäßig hoher Modellierungsaufwand aufgezählt werden, die sich aufgrund der hohen Anzahl an zu berücksichtigenden Schweißraupen ergeben. Das Ziel dieses Vorhabens ist es daher, diese drei Größen gezielt in Kombination anzugehen, um eine vertretbare Bearbeitungszeit zu gewährleisten. Es sollen vorhandene, vielversprechende Ansätze aufgegriffen und für die Besonderheiten der zusatzwerkstoffbasierten additiven Fertigungsverfahren angepasst, aber auch neue Methoden entwickelt werden. Schließlich stehen validierte Richtlinien und ein hochautomatisierte Methode zur Spurengenerierung zur Verfügung, die erstmalig eine wirtschaftliche numerische Betrachtung von additiven Problemstellungen ermöglicht. So wird es möglich sein, verschiedene Aufbaustrategien hinsichtlich der Temperatur-, Verzugs- und Eigenspannungsentwicklung für konkrete Anwendungsbeispiele am PC bewerten zu können. Eine gegenüber verschiedenen Softwaretools offene Entwicklung ermöglicht eine breitaufgestellte und schnelle Umsetzung der Methoden. Die Ergebnisse werden FE-Softwareentwicklern, Dienstleistern im Bereich der Simulation und Verfahrensanwender und –entwickler zugutekommen. Dieses breite Anwendungsspektrum kennzeichnet sich durch einen hohen KMU-Anteil aus.

Ergebniszusammenfassung:

Die erzielten Ergebnisse umfassen Simulationsmodelle, Anwendungsstudien und Best-Practices. Sie zeigen die Anwendbarkeit von Simulationswerkzeugen für die Berechnung von additivem Auftragschweißen. Das erstellte, kalibrierte und validierte Simulationsmodell kann für Parametervariationen, Optimierungen und Prozessauslegungen Anwendung finden und bietet KMU die Möglichkeit im dynamischen Umfeld der additiven Fertigung einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen. Die erarbeitete Vorgehensweise zur Anpassung an weitere DED Prozesse wie das WAAM mittels einfacher Versuche ermöglicht es insbesondere KMUs, das Modell für ihre eigenen Anwendungsfälle einzusetzen, da sich der experimentelle Aufwand in Grenzen hält. Ist das Modell auf den relevanten Werkstoff angepasst worden, können je nach Bedarf einfache bis komplizierte Simulationen durchgeführt werden. Die in diesem Projekt erzielten Erkenntnisse hinsichtlich der Auswertung stellen eine effiziente Umsetzung sicher.