Session 5 - Simulation, Prozessmonitoring, Qualitätssicherung und KI
Beitrag 1
Titel: OCT als neue Methode zur Qualitätssicherung im 3D-Druck
Autor/ Institution: Ralf Schaller / Fraunhofer IKTS Dresden
Abstract: Wir haben die Leistung der Optischen Kohärenztomographie (OCT) an verschiedenen 3D-gedruckten Keramikobjekten getestet. Die für die Herstellung der Proben verwendeten Verfahren waren die Vat-Photopolymerisation (VPP) und das Multimaterial-Jetting (MMJ). Die Proben wurden aus ZrO2 und TiO2 bzw. deren Kombination gedruckt.
OCT ist ein Tomographieverfahren, das kurzkohärentes Licht im nahen Infrarotbereich verwendet, um Informationen aus dem Probenvolumen zu gewinnen. Das Licht wird an Grenzflächen, wie der Probenoberfläche, Defekten, Einschlüssen und Delaminationen, zurückgestreut. Die Informationen über das Vorhandensein der Defekte und ihre Tiefe werden aus dem Interferenzmuster extrahiert, das zwischen dem rückgestreuten Signal und dem Referenzanteil des Lichts entsteht, das vor der Wechselwirkung mit der Probe vom ursprünglichen Strahl aufgespalten wurde. Die erhaltenen Tomogramme wurden verwendet, um Informationen über die Geometrie der gedruckten Objekte zu extrahieren und zeigten das Vorhandensein von Defekten und Materialschwankungen. Risse, Materialschwankungen, Druckfehler und Schwankungen in der Materialdichte konnten sichtbar gemacht werden. Bildgebung und Datenauswertung wurden an Proben im grünen und gesinterten Zustand durchgeführt.
Beitrag 2
Titel: Realpotential von Eigenspannungen in generativ gefertigten, dynamisch beanspruchten Bauteilen
Autor/ Institution: Sebastian Gersch / Hochschule Anhalt
Abstract: “Lässt sich die Eigenspannungsverteilung mittels metallischer, additiver und generativer Fertigungsverfahren gezielt steuern und nutzen, um die Lebensdauer des Bauteils zu erhöhen?“ Der Innovationskern des Forschungsvorhabens liegt in der erstmaligen gezielten Einbringung von Eigenspannungen mittels generativer und additiver Fertigungsverfahren. Um das Potential der Verfahren maximal auszureizen, soll eine geschlossene CAx-Kette zum Einsatz kommen, mit deren Hilfe teil- oder vollautomatisiert (ausgehend vom CAD-Modell) ein Bauteil entsteht, welches klassisch gefertigten Bauteilen hinsichtlich der Lebensdauer überlegen ist. Durch die Verbindung von Wärmesimulation und Computergestützter Fertigung entstehen neue Möglichkeiten Eigenspannungen zu nutzen. Profiteur des Ansatzes ist jedes wechselnd beanspruchte Bauteil, im speziellen hochbelastete Maschinenelemente wie Wellen, Zahnräder oder Bolzen. Folglich erstreckt sich das profitierende Marktumfeld über den gesamten Maschinenbau.
Der Tagungsbeitrag wird die Grundidee des Vorhabens, sowie den geplanten Lösungsweg skizzieren. Zudem werden erste Ergebnisse aus Simulation und Fertigung dargestellt.
Beitrag 3
Titel: Simulationsbasierte Prozessoptimierung für additiv gefertigte auslegungsrelevante Bauteile
Autor/ Institution: Dr. Roger Schlegel / Dynardo GmbH
Abstract: Der Beitrag stellt einen ANSYS CAE Workflow zur parametrischen Simulation additiv gefertigter Bauteilen vor. Mit dem Workflow ist es möglich beliebige zu druckende Geometrien einzulesen, zu slicen (in Druckebenen zu zerschneiden) und den Druckvorgang thermisch-mechanisch gekoppelt zu simulieren. Im Ergebnis können durch den 3D-Druck bedingte Bauteilbeanspruchungen wie Temperaturfelder, Verformungen (Verzüge), Eigenspannungen und irreversible Dehnungen bzw. mögliche Rissbildungen simuliert und prognostiziert werden.
Dabei können die Prozess-, Diskretisierungs- und Materialparameter variiert und damit in Sensitivitätsanalysen oder Robustheitsbewertungen in ihren Einflüssen untersucht und anschließend optimiert werden.