Prozesssimulation für die additive Fertigung

Der Projektbereich Modellierung und Simulation der Neue Materialien Fürth GmbH (NMF) erweitert sein Tätigkeitsfeld auf die additive Fertigung. Bereits seit Juli dieses Jahres wird im Rahmen eines durch die Dobeneck-Technologie-Stiftung (www.dtstiftung.org) geförderten Projektes mit dem Titel „WEBAM - Numerische Untersuchung der Ausbildung der Schmelzraupengeometrie" für ein Jahr die Technologieentwicklung des WEBAM numerisch unterstützt. Firmenpartner ist die pro-beam additive GmbH (www.pro-beam.com) mit Sitz in Gilching.

Die drahtbasierte additiven Fertigung mit dem Elektronenstrahl (WEBAM) bietet wesentliche Vorteile hinsichtlich der Verarbeitung von Hochleistungswerkstoffen bei hohen Aufbauraten und damit geringen Herstellungszeiten. Durch Abschmelzen eines Drahtes mit dem Elektronenstrahl und der anschließenden Erstarrung wird eine Schmelzraupe aufgebaut. Das Verfahren ist dem Auftragschweißen ähnlich, der Quellentyp erlaubt jedoch eine neue vielfältige Gestaltung des Prozesses. Dies betrifft vor allem die Möglichkeiten der räumlichen Verteilung bei der Energieeinbringung, die es für ein optimales Prozessergebnis und Prozessbedingungen zu nutzen gilt.

Die Schmelzraupen entstehen aus dem Wechselspiel einer Reihe von Kräften, die zur Ausbildung von komplexen Strömungen im Schmelzbad führen. Die numerische Simulation dieser Strömungen und die Optimierung der daraus entstehenden Raupengeometrie stehen deshalb im Mittelpunkt des Projektes.

Für die Prozesssimulation bestehen dabei einige Herausforderungen bei der Darstellung des hochdynamischen Fertigungsprozesses. Vor allem die Bedeutung der Oberflächenspannung und der damit verbundenen Marangoni-Konvektion sind dabei hervorzuheben. Darüber hinaus erfordern die lokale Energieeinbringung und die notwendige räumliche Auflösung eine hohe Rechenkapazität. Die Berechnungen werden deshalb mit dem Simulationsplattform FLOW-3D^® (www.flow3d.de) auf dem Cluster der NMF durchgeführt.