Projekt GenSim (Teilprojekt) / GenFLY (Verbundprojekt)

Projektname:

Thermomechanische Prozesssimulation generativer Fertigungsverfahren (Teilprojekt) / Generative Fertigung innovativer Leichtbaukomponenten für bestehende und zukünftige Flugzeugprogramme (Verbundprojekt)

Förderstelle:

BMWi - Luftfahrtforschungsprogramm LuFo V (1.1.2014 -31.3.2017)

Projektpartner:

Assoziierte Partner:

Beschreibung:

Bei generativen Fertigungsprozessen kommt es aufgrund der inhomogenen Wärmeeinbringung durch den Laser zu unerwünschten Effekten, wie die Ausprägung von Eigenspannungen und Verformungen im hergestellten Werkstück. Untersuchungen hierzu, insbesondere Sensitivitätsanalyen werden derzeit noch experimentell durchgeführt. Diese erfordern allerdings nicht nur einen enormen Zeitaufwand, sondern verbrauchen auch große Mengen an teurem Pulvermaterial und verursachen hohe Energiekosten durch das Betreiben der Anlage. Gleichzeitig ist eine experimentelle Ermittlung von Eigenspannungen und Verformungen schwierig. Eine günstigere und zielführendere Alternative zur Ermittlung von Eigenspannungen und Verformungen stellt die Computersimulation dar. Dazu existieren bereits wenige Ansätze welche den Prozess mittels FEM-Simulation abbilden, beschränken sich jedoch meist auf lokale, thermische Berechnungen. Die Entwicklung einer Multiskalensimulation, die auch bei komplexeren Geometrien Vorhersagen über Verzug und Eigenspannungen machen kann, ist erforderlich und ermöglicht es Sensitivitätsanalysen simulationsbasiert durchführen zu können. Die Weiterentwicklung solcher Simulationsmethoden stellt einen extrem wichtigen Aspekt für den Fortschritt der Technologie der generativen Fertigung dar.

Aktueller Stand:

Im Projekt GenSim/GenFly werden aktuell Untersuchungen des Aufbaus dünner Platten im additiven Fertigungsverfahren Laser Beam Melting durchgeführt. Beim Aufbau solcher Geometrien kommt es zu Instabilitäten der Platten, welche zu ungewollten Ergebnissen oder gar zu Prozessabbrüchen führen.

Dazu wird die im bisherigen Projektverlauf weiterentwickelte Simulationsmethode Mechanical Layer Equivalent genutzt. Unterstütz durch zahlreiche Experimente des Laser Zentrum Nord (LZN) konnten am ISEMP die im Prozess auftretenden Eigenspannungen simuliert werden. 

Auffällig sind große Bereiche im Inneren der Platte, welche unter teils hohen Druckspannungen in Aufbaurichtung stehen. Dies lässt den Schluss zu, dass es sich bei den ungewollten Instabilitäten um den bekannten buckling Effekt (Plattenbeulen) handelt.

Im letzten Projektabschnitt werden basierend auf diesem Wissen zusammen mit dem LZN Strategien zur Vermeidung des unerwünschten Effekts bzw. Richtlinien für einen erfolgreichen Aufbau der untersuchten Geometrien entwickelt.