Skalierte strukturmechanische Simulation additiver Fertigungsverfahren

Additive Fertigungsverfahren gewinnen zunehmend an industrieller Bedeutung, ob pulverbett- oder pulverauftragbasiert, sowohl in der Prototypen- als auch in der Werkzeug- und Bauteilfertigung. Lange Bauzeiten von mehreren Tagen und zum Teil hohe Kosten, sowohl des Aufbauprozesses selbst, als auch der verwendeten Pulverwerkstoffe, machen eine lange Einstell- und Kalibrierungsphase im industriellen Einsatz unrentabel. Sind stabile Prozessparameter bekannt, so dass Poren- und Rissbildung innerhalb der Spezifikationen liegen, sind insbesondere Verzug, Eigenspannungen und erzeugte Festigkeiten Hauptfaktoren, die dem Einsatz der gefertigten Komponenten in der Praxis im Wege stehen. Mittels einer Fertigungssimulation können diese vorab bestimmt werden. Häufig, insbesondere im akademischen Umfeld, wird der Ansatz verfolgt, additive Prozesse durch die Methodik der transienten Schweißstruktursimulation abzubilden. Vorteilhaft ist hierbei die breite Palette abbildbarer Effekte sowie der verfügbaren Ergebnisse. Nachteilig wirken sich Rechenzeiten sowie nicht angepasste Benutzerschnittstellen aus, so dass bereits für einfache Testkomponenten ein Modellierungs- und Berechnungsaufwand von Monaten der Regelfall ist. Andererseits existieren vereinfachte Ansätze, die aussagefähige Ergebnisse hinsichtlich Verzug und Eigenspannungen liefern, aber sowohl bei Rechenzeiten als auch bei benötigten a-priori Prozesskenntnissen deutlich effizienter sind. Es existieren mehrere mögliche Zwischenvarianten, so dass hier, was Ergebnisgenauigkeit- und Verfügbarkeit, benötigte Ausgangsdaten und Berechnungszeiten angeht, von skalierten Ansätzen gesprochen werden kann. Im Folgenden werden einige solcher Ansätze basierend auf aktuellen Simufact-Produkten vorgestellt und bewertet. Die Ergebnisqualität wird mit vorhandenen experimentellen Daten abgeglichen. Dabei werden im Sinne der Skalierbarkeit Modellierungsansätze, erreichte Ergebnisse und Rechenzeiten gegeneinander abgewogen