Lehrstuhl für Computational Physics in Engineering (CPE)

Effiziente Modellierung des Selektiven Laser Schmelz (SLS) Verfahrens

Das selektive Laserschmelzen, (engl. Selective Laser Melting, SLM) gehört zu den additiven Fertigungsverfahren. Dabei wird ein Pulvermaterial durch einen Laser lokal aufgeschmolzen und bildet nach kurzer Abkühlung eine zusammenhängende feste Struktur. So entsteht schichtweise ein dreidimensionales Bauteil. Benötigte Laserbahnen (scan-strategie) werden aus den Daten des 3D-Körpers berechnet. Dadurch lassen sich auch komplexeste Geometrien und poröse oder Stützstrukturen materialeffizient fertigen. Dies macht das Verfahren sehr interessant, beispielsweise für die Luft- und Raumfahrtindustrie (Leichtbau).

Die lokale Temperatureinbringung durch den Laser, Abkühlung mit extremen Abkühlraten und das Wiedererwärmen der Struktur führen allerdings zu anisotropen Werkstoffeigenschaften und Eigenspannungen. Prozessparameter wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit und Schichthöhe müssen daher optimal und individuell für ein Bauteil bestimmt werden. Simulationen bieten daher die ideale Möglichkeit zur Parameterbestimmung und tragen so zur Sicherstellung von Bauteileigenschaften und Prozessstabilität bei.

Um die beschriebenen Effekte und Wechselwirkungen des Prozesses ganzeinheitlich zu berücksichtigten sind Simulationen von der Mikro- bis hin zur Makroebene mit dazugehörigen Zeitskalen nötig. Dies führt schnell zu hochintensiven Berechnungsmodellen, die nur unter größten Anstrengungen gelöst werden können und die daher häufig zur Parameteroptimierung oder für die Industrie unpraktikabel sind, weshalb effizientere Modellierungs- und Berechnungsstrategien gefunden werden müssen. 

Der CPE-Lehrstuhl verfolgt einen multiphysikalischen bottom-up Ansatz bei dem verschiedene Modelle (CFD, DEM, FEM), sog. Basissimulationen, für die einzelnen Skalen getrennt voneinander und im Voraus durchgeführt werden. Im Anschluss werden daraus einfache und schnelle Ersatzmodelle entwickelt welche in ein übergeordnetes Hauptmodell eingebaut werden. Mit diesem Ansatz wollen wir ein ganzeinheitliches Modell entwickeln, das die Bauteilperformance vorhersagen und zur Optimierung verwendet werden kann.

Modellkomponenten beim "Selektiven Laserschmelzen"

Erwärmung des Bauteils durch einen wandernden Laser

Präsentationen

Poster

 



Ansprechpartner
Zum Seitenanfang