SimProWAAM - Simulationsbasierte Prozessplanung des WAAM-Prozesses

Aufgrund seiner vielen Vorteile wird das Lichtbogendrahtauftragschweißen (WAAM) derzeit intensiv erforscht. Zur Abbildung dieses Prozesses werden Methoden mit analytischen, numerischen oder empirischen Ansätzen eingesetzt. Allerdings befasst sich nur ein kleiner Teil der Forschungsarbeiten mit der Simulation geometrischer Aspekte. Zudem beschränkt sich die Modellierung auf der Mikroskala, sodass sie sich nicht für eine allgemeine Prozessplanung auf der Makroskala eignet. Um die Prozessplanung vom WAAM-Prozess in Zukunft planbar und nachhaltig zu gestalten, muss ein Ansatz für die multiskalige Simulationen entwickelt werden. Ein skalenübergreifender Ansatz ermöglicht die Bestimmung der Werkstückgeometrie in der Makroskala und unterstützt somit eine simulationsbasierte Prozessplanung vor der Fertigung. Dadurch wird ebenfalls ein Beitrag zu einer nachhaltigeren Fertigungstechnologie geleistet.

Zielsetzung

Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens besteht in der Erforschung eines multiskaligen Prozessmodells zur Simulation additiv gefertigter Werkstückgeometrien am Beispiel des MIG/MAG WAAM-Verfahrens. Es soll ermöglicht werden, den WAAM-Prozess simulationsgestützt zu planen und so auch Einzelteile wirtschaftlich zu fertigen. In dem Vorhaben wird die Hypothese verfolgt, dass sich die resultierende Makrogeometrie durch die Kombination von Schweißnahtsegmenten, die mithilfe eines Mikromodells simuliert werden, vorhersagen lässt. Das Mikromodell muss dazu den Einfluss von Prozessstellgrößen und -randbedingungen auf die Materialeigenschaften, beispielsweise Viskosität und Oberflächenspannung, abbilden. Hierfür ist ein hochauflösendes Temperaturmodell im Schweißbad erforderlich.

Vorteile

• Reduzierung von Material-, Energie- und Zeitbedarf für Vorversuche
• Virtuelle Tests statt aufwenige physische Versuche
• Geringere Materialverbrauch und Bedarf an Rohstoffen

Vorgehen

Das Institut IFW und das IW arbeiten gemeinsam an dem Forschungsprojekt „SimProWAAM”. Zunächst wird der Einfluss der Prozessstellgrößen untersucht, um die Grundlagen für die Mikromodellierung zu schaffen. Auf der Mikroskala entstehen die Temperatur- bzw. Geometriemodellierungen. Anschließend wird die Makromodellierung entwickelt. Zudem wird die Schnittstelle zwischen Mikro- und Makroebene erforscht. Für die Anwendung wird zunächst ein simulationsbasiertes Prozessmodell an einer Referenzgeometrie erstellt und anschließend auf weiteres Material übertragen.

Intressieren sie sich für Forschung im Rahmen der Medizintechnik oder des Lebenszyklus-Management? 

Kontaktieren Sie Nan Zhou per E-Mail an n.zhou@ifw.uni.hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 5209.