Projektbeispiele zum Forschungsthema QUALITÄT

Implementierungsstrategien für AM

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Bewertung der unternehmenseigenen Potenziale für die additive Fertigung und Identifikation von Unternehmensbereichen, sowie Bauteilen, die vom Einsatz der additiven Fertigung profitieren.

Erstellung einer spezifischen Roadmap und Analyse geeigneter Geschäftsmodelle.

Integration in vorhandene Unternehmensstrukturen und Beteiligung der zuständigen Abteilungen.

Publikation:

M. Lutter-Günther, C. Seidel, T. Kamps, G. Reinhart, "Implementation of Additive Manufacturing Business Models", Applied Mechanics and Materials, Vol. 794, pp. 547-554, 2015

Kontakt:

Max Lutter-Günther, max.lutter-guenther@igcv.fraunhofer.de, +49 821 90678-174

SafetyAM – Arbeitssicherheit beim additiven Fertigen

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Beim Laserstrahlschmelzen werden metallische Bauteile aus pulverförmigem Ausgangsmaterial durch schichtweisen Aufbau und einer selektiven Pulververfestigung mittels eines Lasers generiert. Aufgrund der Verarbeitung von metallischen Pulverwerkstoffen entstehen im Produktionsumfeld aber auch Gefährdungen, welche in Bezug auf die Einhaltung geltender Vorschriften im Bereich des Arbeitsschutzes einzuordnen sind.

Durch die Anwendung der additiven Fertigungsverfahren ergeben sich neue Herausforderungen im Prozess der Fabrikplanung an die Unternehmen. Diese Anforderungen ergeben sich aus den benötigten Prozessbestandteilen und den verwendeten Werkstoffen der einzelnen Fertigungsverfahren. Aus den daraus resultierenden Handlungsanweisungen der Arbeitssicherheit sind praxistaugliche Richtlinien für die Fabrikplanung in Bezug auf Handhabung, Lagerung, bauliche Voraussetzungen und Verarbeitung der Werkstoffe abgeleitet worden.

Publikation:

VDI-Richtlinie in Arbeit

Kontakt:

Dr.-Ing. Georg Schlick, georg.schlick@igcv.fraunhofer.de, +49 821 90678-179

 

Dehnratenabhängiges Werkstoffverhalten für Dynamische Belastung wie beim Fahrzeug-Crash

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Additiv gefertigte Materialien werden in Experiment und Simulation analysiert. Dabei wird speziell auch die Dehnratenabhängigkeit des Werkstoffverhaltens untersucht, welche für besondere Belastungssituationen wie beim Fahrzeug-Crash von hoher Relevanz ist.

Das Material- und Bauteilverhalten von generativ gefertigten Materialien wird untersucht. Speziell das dehnratenabhängige Verhalten wird durch in dynamischen Experimente und Simulationen analysiert.

Ziel ist die Entwicklung von Materialkarten und vorhersagefähigen Simulationsmodellen sowie ein erhöhtes Verständnis über Korrelationen von Prozessparametern und Nachbehandlung des Materials.

Dynamische Experimente an Prüfmaschinen sowie Impakttests an Beschleunigeranlagen werden durchgeführt.

Dynamische Experimente werden auf einer Komponenten-Crash-Anlage an bionisch optimierten Bauteilen durchgeführt.

Eine Werkstoffwissenschaftliche Analyse anhand von mikroskopischen Untersuchungen an Schliffproben, CT- und REM-Untersuchungen im Materiallabor unterstützt die Modellbildung.

Ein Bewertungskonzept wird entwickelt, das belastbare Aussagen zum Einsatzverhalten von generativ hergestellten Bauteilen ermöglichen soll.

Die Ergebnisse sollen übergeordnet zur Entwicklung anwendungsbezogener Design-Richtlinien beitragen.

 

Kontakt:

Prof. Werner Riedel, werner.riedel@emi.fraunhofer.de, +49 761 2714 515

Verzugsminimierung bei der additiven Fertigung gradierter und Multimaterial-Bauteile

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Berechnung des Sinterverzugs einer gradierten Zahnbrücke

Gradierte oder Multimaterial-Bauteile aus Keramik und/oder Metall schwinden beim Sintern inhomogen

Je nach Werkstoff und Bauteilgeometrie führt dies zu einem unerwünschten Sinterverzug und damit zu Abweichungen von der gewünschten Endkontur

Mittels detaillierter Sintersimulationen kann die notwendige Geometrieanpassung vorausberechnet und durch entsprechende Anpassung des Druckprozesses schon beim additiven Aufbau des Bauteils kompensiert werden

Der Sinterkörper schrumpft dann genau auf die Sollgeometrie

Durch die numerischen Simulationen werden Versuchsreihen zum Auffinden optimaler Geometrie- und Prozessparameter vermieden

Für die Berechnungen werden eigenentwickelte Materialroutinen in Kombination mit kommerziellen Finite-Elemente-Programmen verwendet 

Kontakt:

Dr. Torsten Kraft, torsten.kraft@iwm.fraunhofer.de, +49 761 5142 248

Numerische Simulation des Rakelns im Pulverbett

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Die Homogenität der Pulverschicht beeinflusst die Oberflächenrauheit und Porosität des Bauteils beim selektiven Laserschmelzen.

Diskrete-Elemente-Simulationen ermöglichen die Analyse des Rakelprozesses zum Aufbringen der Pulverschicht.

Die Einflüsse von Pulvereigenschaften und Prozessparametern auf das Bearbeitungsergebnis können hierdurch untersucht werden.

Durch die numerischen Simulationen werden Versuchsreihen zum Auffinden optimaler Prozessparameter vermieden.

Die Berechnungen werden mit der Software SimPARTIX durchgeführt.

Link:

www.simpartix.de

Kontakt:

Dr. Claas Bierwisch, claas.bierwisch@iwm.fraunhofer.de

Simulation von Eigenspannungen und Verzügen in der Stereolithographie

© Foto Fraunhofer IWM

Stereolithographieharze zeigen während der Aushärtung einen Polymerisationsschrumpf. Dies führt beim schichtweisen Aufbau von Bauteilen zu Eigenspannungen und Formverzügen.

Die Größe der Eigenspannungen hängt vom komplexen Wechselspiel aus Schrumpf, zunehmender Steifigkeit, abnehmender Fließfähigkeit während der Aushärtung und der Bauteilgeometrie ab

Das mechanische Verhalten von aushärtenden Harzen kann am Fraunhofer-IWM experimentell analysiert werden. Die experimentellen Daten können in ein Materialmodell überführt werden, mit dem Eigenspannungen und Verzüge simuliert werden können

Da in das Modell die Kinetik der Polymerisationsreaktion einfließt, können sowohl Harzformulierungen als auch Verfahrensparameter bewertet und optimiert werden. 

Projekte:

SimGen (FhG)

Publikation:

C. Koplin, M. Gurr, R. Kübler, R. Mülhaupt, R. Jaeger, Formgenauigkeit in der Stereolithographie, Konstruktion, (2009), 11/12,  p. IW11-IW12

Kontakt:

Dr. Raimund Jaeger, raimund.jaeger@iwm.fraunhofer.de

Lokale Eigenschaften von generativ gefertigten Teilen

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In dem abgeschlossenen EU-Projekt »SIMCHAIN« (Clean Sky Joint Undertaken, Grant No. 326020)  wurde eine Simulationskette entwickelt, die es erlaubt den Einfluss von Prozessparametern auf die lokalen mechanischen Eigenschaften von generativ gefertigten Bauteilen zu untersuchen.

Die Festigkeit und Steifigkeit werden auf Basis der lokalen Mikrostruktur berechnet

Im Projekt wurde die Simulationskette für den SEBM-Prozess (Selective Electron Beam Melting ) angewendet

Link:

www.cleansky.uni-bayreuth.de

Kontakt:

Dr. Maria Baiker, maria.baiker@iwm.fraunhofer.de, +49 761 5142-349
Dr. Dirk Helm, dirk.helm@iwm.fraunhofer.de

Qualitätssicherung von Pulver

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Werkstoffe: Ti- und Al-Legierungen

Entwicklung von Pulverspezifikationen für LBM

Entwicklung eines Qualitätssicherungskonzepts für AM-Pulver

Untersuchung der Anwendbarkeit neuer integrierter Pulvertestmethoden
(hier: Revoltution Powder Analyser)

Projektbeispiel:

ALM2Air (BMWi LuFo V.2, 20W1501F)

Publikation:

Zibelius, Daniela: Vergleich von Analyseansätzen zur Bestimmung der Fließeigenschaften metallischer Pulver für die additive Fertigung von Medizinprodukten. Masterarbeit, Fachbereich 1, Studiengang Medizintechnik, Hochschule Bremerhaven (FH), 2016

Uhlirsch, Markus: Charakterisierung von Aluminium-Legierungspulver für Pulverbett-basierte Additive Manufacturing Prozesse. Bachelorarbeit, Studiengang Oberflächen- und Werkstofftechnik, Hochschule Aalen, 2016

Kontakt:

Claus Aumund-Kopp, claus.aumund-kopp@ifam.fraunhofer.de