Simulation

Simulation

Der Begriff Simulation beschreibt die „Nachbildung eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind” (VDI-Richtlinie 3633). Anwendungen finden Simulationen bei Systemen, deren Komplexität Vorhersagen über das Verhalten nur bedingt möglich machen. Weitere Gründe für die Überführung in ein abstrahiertes Ersatzmodel sind Kosten- und Sicherheitsaspekte. Am iwb wurden Modelle in verschiedenen Bereichen der Additiven Fertigung entwickelt, verifiziert und validiert. Hinausgehend über die bloße Vorhersage des Systemverhaltens sind die erarbeiteten Simulationen im Stande zur Prozessverbesserung und Fertigungsprozessentwicklung beizutragen.

  • Prozesssimulation Laserstrahlschmelzen

    Es erfolgt eine partikelbasierte Berechnung von Schmelzbadgeometrie und -dynamik sowie resultierenden lokalen Temperaturfeldern unter Verwendung selbstkonsistenter Wärmequellen. Die Ergebnisse werden in der Fertigung zur verbesserten Prozessauslegung von filigranen bzw. dünnwandigen Bauteilbereichen sowie gradierten Materialübergängen genutzt. Des Weiteren lassen sich damit im Sinne einer Multiskalen-Simulation Wärmequellenmodell für die Struktursimulation kalibrieren und in Folge deren Genauigkeit erhöhen.

  • Struktursimulation Laserstrahlschmelzen

    Eigenspannungen und Verformungen auf Bauteilebene, bedingt durch die entstehenden Temperaturgradienten beim Aufschmelzen, werden in einer thermomechanischen Simulation berechnet. Darüber hinaus werden die berechneten Informationen vom Programm genutzt um dem Anwender ein verzugsoptimiertes Bauteil zu generieren. Damit leistet das entwickelte Simulationsprogramm, neben der Erhöhung des Prozessverständnisses, einen bisher einmaligen Beitrag zur Fertigungsprozessentwicklung sowie zur Unterstützung der Prozessauslegung und Vermeidung von Testfertigungen.

  • Struktursimulation

    Beispiel: Verzugskompensation durch vorhergehende Struktursimulation

    Durch den vermehrten Einsatz in der Serienfertigung steigen die Anforderungen an Form-, Lage und Maßtoleranzen. Die Verzugskompensation ist ein mögliches Verfahren zur Minimierung der Auswirkungen der verfahrensimmanenten Verzugserscheinungen zur Steigerung der Produktqualität. Dadurch soll das mögliche Einsatzspektrum der Additiven Fertigungsverfahren erweitert und die Produktivität der Prozesse durch eine Verminderung von Ausschuss sowie einer maximalen Nutzung des Bauraumes gesteigert werden.

    Die Ursache des Verzugs ist abhängig von dem jeweils gewählten Verfahren. Während beim Lasersintern thermische Prozesse im Vordergrund stehen, sind beim pulverbettbasierten 3-D-Druck mit Binder vor allem chemische Prozesse wie beispielsweise Polymerisationsvorgänge für ungewollte Verformungen verantwortlich.

    Der gewählte Ansatz setzt auf die Kompensation der durch Verzug hervorgerufenen Deformationen bereits vor dem Bauprozess. Dabei wird mit einem Softwaretool die digitale 3D-Geometrie des Bauteils derart vor deformiert, dass sich die entstehenden Verformungen sowie der im Fertigungsprozess entstehende Verzug gegenseitig ausgleichen.