Multiziel-Optimierung des Pre-Prozesses zur Qualitätssicherung lasergesinterter Bauteile
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Additive Fertigungsverfahren rücken immer weiter in den Fokus für die Herstellung von Endprodukten. Den Anwendern ist jedoch immer noch nicht ausreichend bekannt, welches Potential in diesen Technologien steckt und wie dieses auch genutzt werden können, um belastbare Bauteile zu fertigen. Neben der Prozessbeherrschung sind vor allem die als Pre-Prozess beschriebenen, prozessvorbereitenden Schritte von entscheidender Bedeutung für die Ergebnisse. Charakterisierend für additive Fertigungsverfahren ist der schichtweise Aufbau, der wiederrum ein hohes Maß an geometrischer Gestaltungsfreiheit ermöglicht. Diese mündet nicht nur in der Fähigkeit komplexe Formen herzustellen, sondern auch bei der Fertigung teileabhängig entscheiden zu können, in welcher Orientierung und Position im Bauraum die Teile angeordnet werden sollen. Besonders dieser Schritt der Orientierung des Bauteiles erfordert jedoch ein hohes Maß an Expertenwissen, um die Qualität positiv zu beeinflussen. Neben den Möglichkeiten zur anlagenspezifischen Einstellung der Prozessparameter, wie z. B. der Laserleistung, ist die Orientierung der Bauteile das wesentliche Kriterium zur Beeinflussung der Bauteilqualität. Hierzu wurde in den beiden Antragsjahren eine Methodik entwickelt, die es ermöglicht, die Bauteile in Abhängigkeit von benutzerdefinierten und prozessspezifischen Eingabeparametern automatisiert zur ermitteln. In der ersten Förderperiode konnte die Prozesskette für Lasersintern und Strahlschmelzen erfolgreich um den Schritt einer Bauteil-Voroptimierung ergänzt werden. Basierend auf umfassenden Versuchen zur Erfassung der benötigten Fertigungsparameter in Verbindung mit den damit zu erzielenden Bauteileigenschaften wurden orientierungsabhängig Kennwerte erfasst. Parallel wurden die Möglichkeiten zur Einbettung dieser Kennwerte in eine Optimierungsstrategie für die Nutzerunterstützung der Bauteilorientierung während der Prozessvorbereitung untersucht. Darauf basierend wurde ein Optimierungsalgorithmus entwickelt, der ausgehend von der Bauteilgeometrie, dem Fertigungsverfahren und den damit verbundenen Parametern (Schichtdicke, Stützkonstruktionen, etc.) und benutzerdefinierten Optimierungszielen eine optimale Orientierung des Bauteiles ermittelt. Im Zuge dessen wurden auch weitere prozessspezifische Möglichkeiten, wie die adaptive Schichtzerlegung, untersucht. In einer zweiten Förderphase war vorgesehen, den Prozess der additiven Fertigung lasergesinterter und strahlgeschmolzener Bauteile so weiter zu entwickeln, dass die Fertigung von anforderungsgerechten Bauteilen möglichst ressourcenschonend schon ab Losgröße eins gelingt. Diesbezüglich sollen die Schritte des Pre-Prozesses weiter untersucht, verbessert und miteinander verknüpft werden. In die Optimierungsstrategien sollten dabei nun auch Verschachtelungen der Bauteile einbezogen werden. Darüber hinaus sollten Voraussetzungen geschaffen werden, um Wechselwirkungen zwischen Prozessgrößen und Produkteigenschaften (wie z. B. orientierungsabhängige Festigkeitseigenschaften) in der betrachteten Prozesskette zu berücksichtigen und durchgängiges Wissensmanagement in diesem Bereich zu ermöglichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ansätze zur Verbesserung von Qualität und Wirtschaftlichkeit bei generativen Verfahren durch Optimierung des Pre-Processes, RTejournal-Forum für Rapid Technologie, Ausgabe 8 (2011)
Martha, A.; Köhler, P.
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Klassifizierung von Stützkonstruktionen zur Vereinfachung des Pre-Processing beim Strahlschmelzen, Rapid.Tech - Fachmesse und Anwendertagung für Rapid- Technologie, Erfurt, 8.-9. Mai 2012
Hoeren, K.P.J.; Reinarz, B.; Witt, G.
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Approaches for the Layer Data Generation for Special Additive Manufacturing Applications. International Journal of Engineering and Applied Sciences, Ausgabe 3 (4), (2013), S. 76–83
Martha, A.; Köhler, P.
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Direct Slicing of surface models in CAD systems for Rapid Manufacturing applications, CAD Conference and Exhibition, Bergamo, Italien, 17.-20. Juni 2013
Martha, A.; Köhler, P.
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Optimierung der Oberflächengüte lasergesinterter Bauteile aus Polypropylen durch individuelle Flächenbelichtung in Abhängigkeit von deren Orientierung, Rapid.Tech - Fachmesse und Anwendertagung für Rapid-Technologie, Erfurt, 14.-15. Mai 2013
Reinhardt, T.; Witt, G.
