Additive Fertigung

Die Herstellung mittels 3D-Druck verspricht eine große Freiheit im Design von Objekten mit einer gezielten Steuerung der Werkstoffeigenschaften. Somit können passende Produkte mit geringem Herstellungsaufwand maßgeschneidert gefertigt werden. Am Computer wird ein Daten-Tripel, bestehend aus Geometrie, Werkstoffrezeptur und Prozessparameter, erstellt. Durch Senden dieser Informationen an den Drucker wird das entsprechende Bauteil gefertigt.

 

Die Reproduzierbarkeit sowie die Einstellung der passenden Prozessparameter für unterschiedliche Materialien stellen nach wie vor große Hürden beim Einsatz der Additiven Fertigung im industriellen Umfeld dar.

 

Modellierung und numerische Simulation ermöglichen, die einzelnen physikalischen Zusammenhänge beim 3D-Drucken besser zu verstehen. Dadurch können nicht nur die optimalen Prozessparameter gefunden, sondern auch neue Druckkonzepte entwickelt werden.

 

Häufig findet nicht nur ein Auf- oder Umschmelzen von Materialien statt, sondern es können aufgrund der teilweise sehr hohe Temperaturen auch Verdampfungseffekte auftreten. Der Prozess läuft im Regelfall sehr schnell ab und die Fertigung zur Erzeugung der gewünschten Geometrie und Werkstoffeigenschaften bedarf des Drucks zahlreicher Lagen. Diese Rahmenbedingungen stellen für die numerischen Lösungsverfahren eine große Herausforderung dar. Neben der Abbildung des Zusammenschlusses von Material und der Änderung der Mikrostruktur durch die Temperaturgradienten, bedarf es robuster und effizienter Simulationsverfahren, um das Abfahren zahlreicher Lagen nachzustellen wobei die Güte der Approximation gewährleistet sein muss. Neben dem Einfluss der mechanischen Gesetzmäßigkeiten müssen zudem thermische Effekte und teilweise auch chemische Reaktionen berücksichtigt werden.

 

Die Arbeitsgruppe von Prof. Weißenfels entwickelt Algorithmen zur verbesserten Approximation der realen Vorgänge bei der Additiven Fertigung. Hierbei steht besonders der Bereich des Urformens von Material im Vordergrund, da dieser Prozess maßgeblich über den Zusammenhang zwischen Struktur, Prozess und Eigenschaft entscheidet. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung effizienter Simulationsverfahren, um den Druck mehrerer Lagen in akzeptabler Rechenzeit realisieren zu können.

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