Prozesssimulation des Laserstrahlschmelzens

Mit der zunehmenden Etablierung des Laserstrahlschmelzens (engl. laser-based powder bed fusion of metals, PBF-LB/M) als industrielles Fertigungsverfahren steigen auch die Anforderungen an die mit diesem Verfahren hergestellten Bauteile.

Mit verfügbaren Finite-Elemente-Modellen kann der schichtweise Aufbauvorgang simuliert und die prozessbedingten Eigenspannungen und Verformungen abgeschätzt werden. Allerdings beruhen diese Modelle auf stark vereinfachten Annahmen zum realen Prozessablauf, was die Vorhersagequalität beeinträchtigt und daher oftmals einen großen Umfang an Vorversuchen notwendig macht, um maßhaltige Bauteile realisieren zu können.

In diesem Projekt werden Maßnahmen zur Steigerung der Ergebnisgenauigkeit von Simulationsmodellen des Laserstrahlschmelzens erarbeitet und experimentell validiert. Ein besonderer Fokus liegt auf der Berücksichtigung des temperaturabhängigen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens im Materialmodell der Legierung AlSi10Mg, die zu den Werkstoffen mit der höchsten Industrierelevanz zählt. Neben der zuverlässigen Vorhersage von Bauteilverformungen, die während des Fertigungsprozesses oder bei der Nachbearbeitung auftreten können, stellt die Gewährleistung der Recheneffizienz eine wichtige Anforderung dar.

Die Prozesssimulation des Laserstrahlschmelzens als Bestandteil der digitalen Prozesskette soll die „first-time-right-Fertigung“ ermöglichen und dadurch den wirtschaftlichen Einsatz dieser Fertigungstechnologie vorantreiben.