Der 3D-Druck durch selektives Laserschmelzen oder kurz SLM bietet der Industrie viele Vorteile. Komplexe Bauteile können direkt aus dem Computerprogramm heraus hergestellt werden –ohne dass beispielsweise aufwändige Gussformen erstellt werden müssen. Das Verfahren ist somit auch für kleinere Stückzahlen wirtschaftlich. Durch das Schmelzen des Pulvers und das anschliessende Abkühlen sind Bauteilverzug, innere Spannungen oder gar Rissbildung möglich, was zu teurem Ausschuss führen kann. Bisher arbeitet die Industrie hauptsächlich mit Erfahrungswerten und passt die Produktion entsprechend an – im Nachhinein. Zwei Simulationssoftwarelösungen von ANSYS sollen es nun ermöglichen, den Produktionsprozess vorgängig zu optimieren; ohne teures Probieren. Gabriel Brändle und Andreas Schönenberger haben ausgewertet, wie gut die Software die Realität abbildet.

Die Prozesssimulation haben die Absolventen für eine Radschwinge angewendet. Diese wurde am ZHAW-Institut für Mechanische Systeme (IMES) auf Basis eines realistischen Belastungsfalls in einem Raupenfahrzeug topologieoptimiert, um Gewicht einzusparen. In ihrer Bachelorarbeit sollten die Absolventen nun vor der Herstellung des Bauteils mit der Simulation überprüfen, ob der Verzug des Bauteils im Rahmen bleibt oder gegebenenfalls die Stützstrukturen anzupassen sind. Durch den Vergleich von Messung und Simulation konnten sie das Programm validieren: «Die Deformationsverläufe zwischen den bei der Firma Ecoparts gedruckten und den von uns simulierten Geometrien stimmen qualitativ gut überein», sagt Andreas Schönenberger.

Auch die Wirtschaftlichkeit haben die Absolventen untersucht und dabei festgestellt, dass sich eine Simulation des SLM-Prozesses auszahlt, wenn das Bauteil nach dem zweiten erfahrungsbasierten Optimierungsschritt die Vorgaben noch immer nicht einhält. «Die Software hilft dabei, die Problemzonen zu erkennen, weil sie die Spannungen und Deformationen abbildet – was allerdings noch fehlt, ist eine realitätsgetreue Angabe darüber, wie stark diese Abweichungen sind», so Gabriel Brändle. Daran wird am IMES weiter gearbeitet.Der Firma Ecoparts kann die Prozesssimulation in Zukunft helfen, bei besonders schwierigen Bauteilen Verzug oder Ausschuss zu minimieren, bevor auch nur ein Probebauteil gedruckt werden muss. Das reduziert Kosten und hält die Maschine frei für produktive Arbeiten.