Digitales Material- und Prozessdesign für die drahtbasierte Additive Fertigung - DiMad
Wir freuen uns, dass wir seit Anfang 2023 im Rahmen eines öffentlich geförderten Projekts mit unseren Partnern Siemens AG, IconPro GmbH, OSCAR PLT GmbH, Fraunhofer ILT, ACCES e.V. (ACC), Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum – IWF und Siemens Energy Global GmbH & Co KG im Bereich der additiven Fertigung aktiv sind.
Additive Fertigungsverfahren für Metalle sind mit erheblichem überwiegend experimentellem Aufwand verbunden, wenn es darum geht, Prozessfenster für Materialsysteme zu entwickeln oder geeignete Prozessparameter von einem Anlagentyp auf einen anderen zu übertragen. Eine beschleunigte Entwicklung ist nur möglich, wenn die Prozesskette von den Ausgangswerkstoffen bis hin zum Bauteil in ihrer Gesamtheit definiert und digital aufgebaut wird. Das Vorhaben DiMad leistet hier einen Beitrag und betrachtet dazu die drahtbasierten Verfahren mit den Wärmequellen Lichtbogen und Laserstrahlung für einen austenitischen und einen Duplexstahl. Die folgenden aus Anwendersicht wesentlichen Charakteristika mit Einfluss auf Qualität und Eigenschaften des Bauteils werden in der Tiefe betrachtet: Gefüge- und Phasenbildung als Folge der lokalen Erstarrungs- und Abkühlbedingungen; Eigenspannung und daraus resultierender Verzug aufgrund der Aufheiz- und Abkühlbedingungen und einer anschließenden Wärmebehandlung; Defekte wie Bindefehler und Poren, die die Gebrauchseigenschaften erheblich beeinflussen. Gefüge, Phasen und Spannungen werden durch Simulation beschrieben. Maschinelles Lernen (ML) wird für die Korrelation Prozess-Defekt-Eigenschaft eingesetzt und wird zudem für die Interpretation der Gesamtheit der Daten (Simulation, Experiment, Analyse) genutzt. Begleitet werden die digitalen Arbeiten durch Experimente, Analysen und Werkstoffprüfung, die zur Ermittlung von Eingabeparametern für die Simulation, der Validierung der Simulation sowie dem Trainieren und Validieren der ML Modelle dienen. Als Endergebnis werden auf Basis der digitalen Tools Prozessparameter für die Fertigung von zwei realen Bauteilen als Demonstratoren vorhergesagt und diese bei den Industriepartnern aufgebaut. Darüber hinaus wird eine Anwender-Ontologie für Drahtwerkstoffe in Bezug auf die beiden AM-Prozesse erarbeitet.