Schmailzl, A.; Schröcker, K.; Gansauge, L.; Prihodovsky, A.: Potenziale von hybriden Fertigungsprozessketten. In: Baier, W. (Hrsg.): 1. TRIOKON 2019 – Die ostbayerische Transferkonferenz für Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft, Regensburg (2019).

• Aufbau von FEM-Modellen zur zeiteffizienten Berechnung von Eigenspannungen und Bauteilverzug bei spanender Bearbeitung
• Auslegung von Versuchsplänen und Durchführung numerischer Experimente
• Auswertung und Analyse der Berechnungsergebnisse
• Validierung der Simulation
• Programme: MSC.Marc/Mentat, MATLAB

Ansprechpartner: Johannes Käsbauer, M. Sc.

• Aufbau thermo-mechanischer Modelle zur zeiteffizienten Simulation von additiven Fertigungsprozessen wie Laser-Pulver-Auftragsschweißen (LMD) und Draht-Auftragsschweißen (WAAM) zur Vorhersage von Bauteileigenschaften, Eigenspannungen und Verzügen
• Auslegung von Versuchsplänen und Durchführung numerischer Experimente
• Auswertung und Analyse der Berechnungsergebnisse
• Validierung der Simulation
• Programme: MSC.Marc/Mentat, MATLAB

Ansprechpartner: Maximilian Fichtl

Bei der Fertigung von Bauteilen im Aluminiumdruckguss kommt es binnen kurzer Zeit zu starken Änderungen der Temperaturen an den Werkzeugoberflächen – sogenannte Thermoschocks. Aufgrund der thermischen Expansion rufen diese mechanische Spannungen hervor, welche zu Rissen führen und somit die Lebensdauer der Werkzeuge verringern. Numerische Simulation bietet die Möglichkeit, neue Konzepte zur Verbesserung des Verhaltens der Werkzeuge bei Thermoschocks zu erproben.

Tätigkeiten:

• Aufbau eines Simulationsmodells zur Berechnung der durch Thermoschocks in Druckgusswerkzeugen hervorgerufenen mechanischen Spannungen
• Simulationsbasierte Ermittlung der Effekte, welche Spannungen hervorrufen und Analyse von Verbesserungspotentialen
• Erstellung von Konzepten zur Verbesserung der Werkzeuglebensdauer
• Implementierung der neuen Konzepte im Simulationsmodell und Durchführen von Simulationen
• Bewertung der neuen Konzepte anhand des Vergleichs mit konventionellen Werkzeugen

Ansprechpartner: Johannes Käsbauer

Das Laser-Pulver-Auftragschweißen (kurz: LMD) und das Draht-Auftragschweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing; kurz: WAAM) gehören zu den etablierten Verfahren in der additiven Fertigung mit Metallen. Diese Prozesse basiert darauf, dass durch das Übereinanderlegen von einer Vielzahl an Schweißnähten das Aufbauen der gewünschten Bauteilgeometrien erfolgt.

Für eine ressourceneffiziente Entwicklung geeigneter Bearbeitungsstrategien werden diese Fertigungsprozesse in numerischen Simulationsmodellen, basierend auf der Finite-Elemente-Methode, abgebildet und untersucht. Da die Fertigung eines Bauteils oftmals mehrere Meter lange Schweißnähte erfordert, resultieren sehr lange Rechendauern, weshalb der Einsatz von Simulation in der Prozessauslegung gegenwärtig wenig Anwendung findet. Um die Vorteile numerischer Simulation in der Auslegung von LMD- und WAAM-Prozessen nutzbar zu machen, ist es von Interesse die Rechenzeit zu reduzieren, ohne einen signifikanten Genauigkeitsverlust der Berechnungsergebnisse hervorzurufen. Um das zu erreichen, besteht bei symmetrischen Bauteilen die Möglichkeit, den Aufbauprozess an einem Viertel- bzw. Halbmodell zu untersuchen und die Berechnung somit zu vereinfachen. Da somit nur ein Bruchteil des Bauteils modelliert wird, sind die Randbedingungen entsprechend anzupassen.

Es ist zu erproben, wie bei diesem neuen Ansatz die Randbedingungen anzupassen sind, um eine Beeinträchtigung der Berechnungsergebnisse zu vermeiden. Ebenso ist zu testen, wie groß die dadurch gewonnene Rechenzeitersparnis ist.

Tätigkeiten:

• Konzeptionierung verschiedener Bauteile für die Testberechnungen
• Modellierung des Aufbaus der Bauteile ohne Vereinfachungen und Berechnung der Prozessabläufe als Referenzsimulationen
• Erarbeitung einer Strategie zur Anpassung der Randbedingungen bei geometrischer Vereinfachung der Bauteile
• Modellierung des Aufbaus der geometrisch vereinfachten Bauteile mit angepassten Randbedingungen und Durchführung der somit vereinfachten Simulationen
• Bewertung des Ansatzes hinsichtlich Rechenzeitreduzierung und Genauigkeit der Berechnungsergebnisse durch den Vergleich zwischen Referenzsimulation und vereinfachter Simulation

Ansprechpartner: Johannes Käsbauer

Simulationen sind ein fester Bestandteil moderner Entwicklungsvorgänge und dienen als Grundlage für eine Vielzahl an Entscheidungen. Hierbei ist die Zahl der am Markt verfügbaren Softwarelösungen so vielfältig wie die Einsatzbereiche selbst in denen diese angewendet werden können. Aus diesem Grund rückt die Auswahl der richtigen Softwarepakete verstärkt in den Vordergrund, um nicht nur die Möglichkeit zu besitzen Prognosen und Berechnungen anfertigen zu können, sondern dieses Ziel über den bestmöglichen und effizientesten Weg zu erreichen.

Die Arbeitsgruppe der Technischen Hochschule Deggendorf am Technologiecampus Parsberg-Lupburg ist spezialisiert auf dem Gebiet der digitalen Fertigung. Hierfür dient die Simulation als maßgebliches Werkzeug, um Werkstoffeigenschaften vorherzusagen, Prozesse zu entwickeln, Optimierungen durchzuführen und Vorgänge zu virtualisieren. Für diese Einsatzbereiche stehen eine Vielzahl an Softwarelösungen zur Verfügung. Der Inhalt dieser Arbeit soll es sein, eine Benchmark-Methode und Simulationsmodelle zu entwickeln, welche angewendet auf den jeweiligen Einsatzbereich, die verfügbaren Softwarepakete hinsichtlich ihrer „Effizienz“ (z.B. Programmöglichkeiten, Schnittstellen, Solverleistung …) vergleichen kann.

Inhalte:

• Einteilung und Abgrenzung der Einsatzbereiche für verwendete Softwarelösungen auf dem Gebiet der Finiten-Elemente-Methode (FEM)
• Definition der Anforderungen an eine Methode für den Benchmark von Softwarepaketen
• Definition von Bewertungskriterien
• Entwicklung der Methode für den Vergleich der Softwarepakete
• Entwicklung von programmübergreifenden Benchmarkmodellen
• Definition einer Benchmark-Vorgehensweise
• Durchführung von Benchmarks und Vergleich einzelner Softwarepakete

Programmbeispiele:

MSC Marc, Altair Hyperworks, Simufact Welding, DYNAmore LS-DYNA, Siemens Simcenter

Ansprechpartner: Maximilian Fichtl und Manfred Hiermann