Reduzierte Eigenspannungen durch Optimierung der Stützstruktur beim Laser-Pulverbettschmelzen
Beschreibung
Die Untersuchung des Effekts von Stützstrukturen auf Eigenspannungen wurde in der wissenschaftlichen Literatur wiederholt als Forschungsbedarf identifiziert. Kürzlich entwickelte Finite-Elemente-Ansätze (FE) zur thermomechanischen Prozesssimulation (TMPS) sind in der Lage, Eigenspannungen und Verformungen vorherzusagen. Geeignete Kalibrierungs- und Validierungsverfahren sowie In-situ-Temperatur- und umfassende Eigenspannungsdaten für die mechanische Validierung mit Schwerpunkt auf Support-Strukturen, fehlen jedoch noch. Ziel des beantragten Projekts ist die Entwicklung eines TMPS-basierten Optimierungswerkzeugs für materialeffiziente Stützstrukturen, die die kritischen Eigenspannungen in LPBF-gedruckten Bauteilen minimieren. In diesem Rahmen werden folgende Zwischenziele verfolgt:
- Untersuchung der Auswirkung von Stützstrukturen auf den Eigenspannungszustand in LPBF-Bauteilen, um eine Validierungsdatenbank für TMPS-Modelle bereitzustellen,
- Entwicklung eines High-Fidelity- und eines vereinfachten TMPS-Modells zusammen mit einem speziellen Kalibrierungs- und Validierungsschema, das die Homogenisierung der Stützstruktur auf der Grundlage von In-situ-Experimenten und simulierten Daten einschließt,
- Modellierung der Auswirkung der Stützstruktur auf ihre homogenisierten thermomechanischen Eigenschaften unter Verwendung eines Response-Surface-Ansatzes und
- Entwicklung und Validierung eines parametrischen Optimierungswerkzeugs für Stützstrukturen auf der Grundlage von TMPS- und Response-Surface-Modellen.
Dieses Forschungsprojekt befasst sich mit einem wichtigen industriellen Problem, das derzeit die Einführung von LPBF verhindert. Die eingehende Untersuchung der Auswirkungen der Support-Struktur auf die Eigenspannungen bringt den Stand der Wissenschaft voran, während die TMPS-Modelle und das in diesem Projekt entwickelte Optimierungswerkzeug wichtige Anhaltspunkte nicht nur für einen effektiven Support-Struktur, sondern auch für eine detaillierte Analyse der Eigenspannungen und Verformungen liefern. Die Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz des LPBF-Verfahrens werden verbessert, was eine breitere Anwendung der Technologie unterstützt.
Eckdaten
Projektleitung
Projektteam
Projektstatus
laufend, gestartet 03/2023
Institut/Zentrum
Institut für Mechanische Systeme (IMES)
Drittmittelgeber
Practice-to-Science / Projekt Nr. 206334
Projektvolumen
600'000 CHF