Die Herstellung von hybriden, gradierten Bauteilen mit lokal einstellbaren Eigenschaften durch Laserauftragschweißen mit Pulverzufuhr (Laser Directed Energy Deposition - DED-LB) erfordert genaue Kenntnisse über die Prozesse und Wechselwirkungen, um Bauteile mit gezielt eingestellten Eigenschaften zu erzeugen. Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung einer Simulationsumgebung, die Prozessmodelle auf der Mikro- und Featureebene mit einer virtuellen Fertigung (VM) auf der Bauteilebene kombiniert, um die Eigenschaften eines HyPo-Bauteils während und nach dem DED-LB-Prozess ganzheitlich zu beschreiben.
Auf Mikroebene wird eine Thermo-Fluid-Struktur-Simulation erstellt, die im Ergebnis den effektiven Wärmeeintrag und die Geometrie der aufgebrachten Materialschicht festlegt. Aufgrund von Rechenbeschränkungen ist die Prozesssimulation auf Mikroebene auf einen kleinen Bauteilbereich beschränkt. Daher wird auf Feature-Ebene ein Prozessmodell verwendet, um die thermoinduzierten Eigenspannungen in Bezug auf den gewählten Pfad des Lasers und seinen effektiven Wärmeeintrag zu berechnen, der durch das Prozessmodell auf Mikroebene spezifiziert wird. Die Ergebnisse aus den Modellen auf beiden Skalen werden in die virtuelle Simulationsumgebung auf der Bauteilebene übertragen, die die räumlich und zeitlich veränderlichen Eigenschaften des gesamten HyPo-Bauteils abbildet. Die Bauteilinformationen können rückwirkend in die Prozesssimulationen auf Mikro- und Feature-Ebene als Anfangs- oder Randbedingungen zurückgeführt werden. Durch die Kombination der physikalischen Modellierung der lokalen Prozessvorgänge und der Material- und Bauteileigenschaften des gesamten HyPo-Bauteils können Prozessparameter abgeleitet und an die Fertigung weitergegeben werden, die die Erzeugung der gewünschten Eigenschaften des HyPo-Bauteils ermöglichen.
Teilprojektleitung
Dr.-Ing. Dipl.-Math. Volker Böß
Prof. Dr.-Ing. Kristin de Payrebrune
Doktorandin / Doktorand
Mariem Ben Salem, M.Sc.
Alfred Jose Puthoor, M.Sc.