Quasi-statische Modellierung des Laserenergieeintrags zur Simulation thermischen Umformens

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232757878

Das Induzieren plastischer Formänderungen mittels des Laserstrahls gilt als eine flexible Methode zur Umformung einfacher Biegeteile und komplexer Geometrien. Zudem kann dieser Effekt in Prozessketten als zusätzlicher kompensierender Zwischenschritt zur Verzugsminimierung genutzt werden. Hinreichend hoher Umformgrad wird zumeist durch multiple Bestrahlung entlang der Biegekante erreicht (inkrementeller Prozess). Numerische Näherungsverfahren wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) stellen ein hinreichend flexibles Simulationswerkzeug dazu dar. Die konventionelle Anwendung der FEM ist jedoch wegen des meist inakzeptablen Rechenzeitaufwandes infolge der transienten thermischen Lasteinbringung als eine effiziente Planungsmethode ungeeignet. Bisherige Ansätze die Simulation schneller zu gestalten, stellen Speziallösungen für eine beschränkte Auswahl von Prozesskonfigurationen dar und sind nicht frei übertragbar. Ein sehr effizienter Approximationsansatz zur Abbildung des transienten Energieeintrags durch eine sog. quasi-statische Wärmeeinbringung blieb im Kontext der thermo-mechanischen Wechselwirkung bislang kaum erforscht. Diese Herangehensweise lässt insbesondere bei sehr vielen Bestrahlzyklen Rechenzeitvorteile von bis zu mehreren Zehnerpotenzen vermuten. Daher ist das Ziel dieses Forschungsvorhabens, eine Adaption der quasi-statischen Laserenergieeinbringung zur Herstellung des plastischen Biegeeffekts zu unternehmen und deren Einsatzpotenzial zu beurteilen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen