Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover arbeitet an einer kostensparenden, Dexel-basierten Simulationsmethode für die Modellierung der additiven Fertigung. IFW-Projektmitarbeiter Malek Talash: „Mit unserer Simulation verringern wir den Aufwand für die experimentelle Ermittlung optimaler Prozessparameter erheblich und senken damit die Fertigungskosten.“
Additive Fertigungsverfahren können eine flexible Alternative oder eine Ergänzung zu urformenden und spanenden Fertigungsverfahren sein. Der Aufwand für die experimentelle Ermittlung der optimalen Prozessparameter für kundenspezifische Produkte und Kleinserien führt jedoch zu höheren Fertigungskosten. Daher wird eine effiziente Prozessplanung von additiven Fertigungsprozessen mit zunehmendem Individualisierungsgrad immer wichtiger. Folglich werden Simulationsmodelle notwendig, um die den Aufwand für experimentelle Untersuchungen zu reduzieren.
Simulation verschiedener oder mehrlagiger Schweißnähte
Die im Projekt entwickelte Dexel-basierte Simulation ermöglicht die Modellierung der additiven Fertigung unter Berücksichtigung der mehrachsigen Maschinenkinematik, Prozessstellgrößen sowie der lokalen Prozessbedingungen. Dabei wird die geometrische Form des aufgetragenen Materials durch Variation der Form des virtuellen Werkzeugs angepasst. Dies ermöglicht die Simulation verschiedener Schweißnahtformen oder mehrlagiger Schweißnähte. In seiner Forschungsarbeit am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen entwickelt Malek Talash Modelle zur Prognose der geometrischen Form des Materialauftrags unter Berücksichtigung der Prozessparameter und des Werkzeugwegs für bestimmte Prozesse und Materialien. Dabei untersucht er die Fluiddynamik der Schmelzzone und die Wechselwirkungen zwischen den sich überlagernden Schichten.
Talash: „Auch der lokale Temperaturwert und die Änderung der lokalen Temperatur können wir in jedem Dexel speichern.“ Basierend auf diesen Informationen kann die Form des virtuellen Werkzeugs entsprechend der lokalen Temperatur angepasst werden.
Vorteilhafte Multi-Dexel-Modellierung
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Multi-Dexel-basierten additiven Prozesssimulation ist, dass sie direkt mit der nachfolgenden spanenden Prozesssimulation kombiniert werden kann. Die Verwendung eines Multi-Dexel-Modells für additive und subtraktive Prozesssimulationen verbessert zudem eine integrierte digitale Prozesskette für die hybride oder kombinierte Fertigung. Wir freuen uns darauf, in naher Zukunft die erste Erprobung des Modells mit einem Industriepartner durchzuführen", erklärt Talash. Eine typische Anwendung hierfür ist der Reparaturprozess von Turbinenschaufeln.