Zur Steigerung der Ressourceneffizienz von Strahlschmelzverfahren wurde im Forschungsprojekt PartSUPPORT eine durchgängige Prozesskette zur Optimierung von Supportstrukturen und die darauf basierende simulationsgestütze Analyse des Bauteilstrukturverhaltens entwickelt.
Strahlschmelzverfahren bieten ein maßgebliches Potenzial für eine umfassende Flexibilität in der Produktionstechnik. Von essenzieller Bedeutung für deren wirtschaftlichen Einsatz auch bei kleinen Stückzahlen ist die Reproduzierbarkeit von Bauteilen. Der thermisch aktivierte Prozess ist jedoch von zahlreichen instationären physikalischen Effekten geprägt. Den größten Einfluss auf die fertigungsbedingten Bauteilverformungen und -eigenspannungen besitzen dabei die Supportstrukturen (Stützkonstruktionen). Diese beeinflussen durch ihre filigrane Bauweise die Wärmetransportphänomene entscheidend. Aktuell kann die Prozessstabilität nur durch aufwendige experimentelle Testreihen sichergestellt werden.
rechts: Vorgehensweise zur gleichzeitigen Optimierung der Support-Topologie und des Bauteil-Strukturverhaltens (Quelle: CADFEM GmbH)
Ziel des Forschungsprojekts war deshalb die Umsetzung einer Produktion ohne Ausschuss und damit übergeordnet die Vermeidung der Produktionsqualifizierung direkt an der Fertigungsanlage. Dies sollte durch den zur Fertigung vorgelagerten Einsatz von digitalen Werkzeugen ermöglicht werden. Die Methoden und Modelle sollten dabei zu einer Prozesskette kombiniert werden, um Anwendern zukünftig ein industriell nutzbares Werkzeug zur Verfügung zu stellen. Die simulationsgestützte Prozesskette auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM, ANSYS) sollte eine Analyse des Fertigungsprozesses unter expliziter Berücksichtigung des Einflusses der verwendeten Supportstrukturen ermöglichen. Dadurch konnten die Bauprozessparameter simulationsgestützt qualifiziert und erprobt werden. Gleichzeitig wurde angestrebt, ein Optimierungssystem für Supportstrukturen zu entwickeln und mit der Simulation zu koppeln, um das Supportvolumen systematisch zu reduzieren und damit die Ressourceneffizienz von Strahlschmelzverfahren signifikant zu steigern.
