Prozessmodellierung verbessert Fertigung
Bei der additive Fertigung entfällt die Notwendigkeit von Formen und Werkzeugen, wodurch weniger Abfallmaterial in der Nachbearbeitung anfällt, wodurch Zeit und Kosten minimiert werden. Der MLLDMD-Prozess (Multiple layer laser direct metal deposition) ist ein additives Laserfertigungsverfahren, das zur Herstellung von Metallteilen aus Pulvern oder Auftragen von Schichten auf bereits vorhandene eingesetzt wird. Trotz des zweifellos vorhandenen großen Potenzials führt die Unberechenbarkeit der additiven Fertigungsprozesse letztlich oft in Produkten mit geringer Oberflächenqualität, inneren Defekten und hohen Eigenspannungen. Diese Tatsache schränkt deren Anwendung in Sektoren wie der Luft- und Raumfahrt ein, die mit sehr engen Toleranzen und strengen Zertifizierungsverfahren arbeitet. Die Forscher hoffen nun, diese Einschränkungen mit der Entwicklung eines neuen umfassenden Prozessmodells auf einem Desktop-Computer innerhalb des Rahmens des Projekts "Integrated numerical modelling of laser additive processes" (INLADE) zu überwinden, um bei neuen Geschäftsfeldern Interesse zu erwecken. Der MLLDMD-Prozess beruht auf Pulversprühen aus einer Düse in ein bewegliches, laserinduziertes Schmelzbad, das sich verfestigt und das Bauteil oder die Oberflächenschicht bildet. Dabei handelt es sich um einen sehr komplexen Prozess, der mehrere Phasenänderungen vom Pulver zur Schmelze bis zur Verfestigung mit unterschiedlichen Wärme- und Stoffströmen umfasst. INLADE produzierte das erste veröffentlichte Gesamtmodell auf einem Desktop-Computer, das den gesamten Prozess vom Inneren der Auftragsdüse bis zur endgültigen Abscheidung behandelt. Die Forscher konnten auf nahtlose Weise verschiedene FORTRAN-Unterprogramme integrieren, welche die einzelnen Prozesse beschreiben. Die experimentellen Resultate für Stahlteile ermöglichten eine Verifizierung der Modellleistung. Das Modell kann die Teilegeometrie unter Nutzung von Anfangsprozessparametern durch erfolgreiche Berechnungen der Eigenspannungen und Phasenverteilungen auf genaue Weise simulieren. Mit intensiver Entwurfsarbeit gewährleistete man eine effiziente Nutzung von Computerressourcen und eine parallele Verarbeitung zur Implementierung auf einem Desktop-Computer. Industrie- und Hochschulkonferenzen sowie Workshops sollten weiterführende Innovationen und eine baldige anschließende Vermarktung sicherstellen. Die Hersteller werden mit Hilfe des leistungsfähigen Modellierungswerkzeugs von INLADE in der Lage sein, auf zuverlässige Weise hochwertige Teile für den Luftfahrtsektor zu liefern. Eine Erschließung neuer Märkte für additive Laserfertigungsanwendungen wird die Wettbewerbsfähigkeit des Fertigungssektors stärken, der eine wichtige Säule der EU-Wirtschaft darstellt.
Schlüsselbegriffe
additive Fertigung, generative Fertigung, Laser, Pulver, Düse, Desktop-Computer, Modell
