Projektbeispiele zum Forschungsthema Simulation

Verzugsminimierung bei der additiven Fertigung gradierter und Multimaterial-Bauteile

© Fraunhofer IWM

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

© Fraunhofer IWM

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:

http://www.simpartix.de/

Kontakt:

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

Simulation von Eigenspannungen und Verzügen in der Stereolithographie

© 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:

http://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

Cuttlefish - Voxel-basierter, streamingfähiger 3D-Druckertreiber

© Fraunhofer IGD

Cuttlefish steuert lokal die Prozessparameter (z.B. die Laserleistung im SLM Prozess) und die Materialpositionierung (z.B. die Materialverteilung im hochaufgelösten Multimaterial-3D-Druck), um vorgegebene Designs mit annotierten optischen oder mechanischen Eigenschaften unter Berücksichtigung der Maschinen- und Materiallimitierungen optimal zu reproduzieren. Der Treiber ist modular und lässt sich unter Wiederverwendung von Komponenten auf verschiedenste 3D-Drucktechnologien adaptieren, wie beispielsweise FDM, Polyjetting, DLP, SLA oder SLM. Die Streamingfähigkeit erlaubt es bereits zu drucken, während die Berechnung noch läuft.

Einer der Schwerpunkte der Entwicklungen liegt im Bereich des graphischen Multimaterial-3D-Drucks mit dem Ziel zusätzlich zur Geometrie eines Objekts auch seine optischen Materialeigenschaften oder sog. visuelle Attribute (Farbe, Glanz, Transluzenz) zu reproduzieren. Anwendungen finden sich in nahezu allen Branchen in denen Designprotoypen benötigt werden (insbesondere im Automobilbau, Film, Möbelindustrie, etc.), sowie für Ersatzteile, die sich in ein visuelles Umfeld einfügen müssen (z.B. kosmetischer Augenersatz). In diesen Fällen ist die akkurate Reproduktion vorgegebener/gemessener optischer Materialeigenschaften ein für den Einsatz wichtiges, wenn nicht gar entscheidendes Kriterium.

Cuttlefish ermöglicht es sehr komplexe Designs zu drucken, die aus vielen sich überlappenden Teilen mit annotierten örtlich-variablen Eigenschaften bestehen können.