Simulationsbasierte Prozessplanung des WAAM-Prozesses (SimPro WAAM)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Dr.-Ing. Thomas Hassel
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556856929

Die additive Fertigung wird zunehmend in der Serienproduktion eingesetzt. Das Lichtbogendrahtauftragschweißen (engl. Wire and Arc Additive Manufacturing, WAAM) bietet aufgrund seiner hohen Auftragraten und der Möglichkeit, Strukturen auf Halbzeuge aufzuschweißen, ein hohes Potenzial für die Produktion von mittleren und großen Bauteilen in Klein- und Mittelserien. Das große Potential, der nahezu stückzahlunabhängigen Stückkosten, kann aufgrund der unvollständigen digitalen Prozesskette des WAAM-Prozess nicht abgerufen werden. Aktuell erfolgt die Ermittlung der optimalen Prozessparameter experimentell. Um kundenspezifische Produkte und Kleinserien rentabel zu machen muss die Prozesskette komplett digitalisiert werden. Daher müssen die experimentellen Vorversuche durch eine Prozesssimulation ersetzt werden. Mit diesem Antrag werden die Grundlagen gelegt um den WAAM Prozess vollständig simulieren und perspektivisch eine simulationsbasierte planen zu können. Dabei wird ein multiskaliges Prozessmodell zur Simulation additiver gefertigter Werkstückgeometrien am Beispiel des MIG/MAG WAAM-Verfahrens erforscht. Um einerseits eine schnelle Simulation und andererseits eine genaue Vorhersage zu erreichen, wird der Prozess in zwei verschiedenen Dimensionen untersucht. Auf der Mikroskala wird die resultierende Schweißnahtgeometrie durch den Einfluss der relevanten Prozessparameter und Randbedingungen auf die kritischen Materialeigenschaften untersucht. Auf der Makroskala wird das Zusammenfügen der einzelnen Schweißnahtsegmente aus dem Mikromodell zu einem vollständigen Bauteil untersucht, zusätzlich bildet das Makromodell den Temperaturverlauf des Bauteils ab und gibt die Randbedingungen/Eingangsgrößen (Zwischenlagentemperatur, Bahnplanung, Substratgeometrie, …) an das Mikromodell. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes werden drei verschiedene Referenzgeometrien aus Stahl untersucht. Abschließend wird die Genauigkeit der Werkstückvorhersage an einem Bauteil, welches aus den unterschiedlichen Referenzgeometrien besteht, bestimmt. Abschließend wird die Übertragbarkeit des Modellansatzes auf weitere Materialien anhand von Aluminium untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen