Projekt ParaSim

Projektname:

Neue hochleistungsrechnerbasierte Methode zur schnellen Prozesssimulation der additiven Fertigung

Förderstelle:

Exzellenzinitiative Uni Bremen (Explorationsprojekt)

Projektpartner:

Assoziierte Partner:

Beschreibung:

Numerische Simulation additiver Fertigungsprozesse (3D-Druck) eröffnet die Möglichkeit, schon im Vorfeld relevante Prozessparameter anzupassen und damit die immer wachsenden Anforderungen an die Prozessstabilität und die Bauteilqualität zu gewährleisten. Aufgrund hoher Komplexität des Fertigungsprozesses und immer größer werdenden gedruckten Bauteilen stoßen die Möglichkeiten der aktuellen Prozesssimulationen an ihre Grenzen: die erforderliche Rechenzeiten für industrierelevante Bauteile betragen mehrere Wochen oder Monate. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer neuen High Performance Computing (HPC) basierten Methode zur drastischen Reduktion der Rechenzeiten um einen Faktor von 100 bis 1000 (Berechnung ganzer Modelle innerhalb von Stunden statt Monaten). Die zu entwickelnde Methode beruht auf der Natur additiver Fertigungsprozesse (sequenzielle Addition der Energie bzw. des Materials). Dies ermöglicht eine intelligente Parallelisierung und damit eine extrem schnelle Berechnung prozessrelevanter Größen auf den Hochleistungsrechnern. Im Fokus des Projektes stehen schnelle Berechnungen transienter Temperaturfelder. Das ist die Basis für die Vorhersage weiterer relevanter Prozessgrößen (z.B. Materialtransformationen, Eigenspannungen, Verzug) und Effekte (Defektbildung und -verteilung), welche eine sehr wichtige Bedeutung für die abschließende Bauteilqualität haben. Daher wird das beantragte Projekt eine hervorragende Basis für zahlreiche weitere Forschungsprojekte im Bereich additiver Fertigung bilden. Auch weitere Forschungsbereiche können im Erfolgsfall erschlossen werden. Dazu gehören vor allem die Prozesssimulationen für subtraktive Fertigungsprozesse (sequentielle Subtraktion des Materials), wie z.B. der Laser Ablation Prozess. Die hauptsächlichen Risiken betreffen vor allem die hochleistungsrechnergeeignete Realisierung in drei Dimensionen für die komplexen, industrierelevanten Bauteilgeometrien, die unerwarteten Auswirkungen numerischer Fehler, den Umgang mit sehr großen Datenmengen, eine nichtausreichende Konvergenz und einem daraus resultierenden Zeitersparnisfaktors, der dem Aufwand der Methode nicht gerecht wird.

Aktueller Stand:

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