IGF-Nr.: 19.538B / Simulationsbasierte Vorhersage des Kornwachstums für laserstrahlgeschmolzene Bauteile aus Titanlegierungen (SimKorn)

Product information

Das Vorhaben „SimKorn“ zielt auf die Entwicklung eines Simulationsmodells zur Vorhersage der mittlere Korngröße in laserstrahlgeschmolzenen Bauteilen aus Ti-6Al-4V ab.
Die Vorhersage stützt sich auf zwei thermische Simulationsansätze, die im Rahmen des Projekts weiterentwickelt und verknüpft werden sollen. Zum einen für den Fertigungsprozess, um die Temperaturverläufe im Bauteil zu erhalten, und zum anderen für die Kornstruktur, um anhand der Temperaturverläufe auf die Ausbildung der Kornstruktur zu schließen. Für die experimentelle Kalibrierung und Validierung des Simulationsmodells sind die Durchführungen des Herstellungsprozesses und eine anschließende Analyse zwingend notwendig.
Als Ergebnis wird dabei die Übereinstimmung von Simulation und Experiment quantifiziert durch die mittlere Korngröße für einen Quader angestrebt. Über diese Kalibrierungsgeometrie hinaus ist die simulationsbasierte Vorhersage einer kmU-relevanten Geometrie geplant. Diese wird zusammen mit dem PbA definiert und, für eine breite Verifikation, von Teilen des Ausschusses ebenfalls aufgebaut.
Die Entwicklung des beschriebenen Simulationsansatzes bietet kmU die Möglichkeit ihren Herstellungsprozess zu optimieren. Insbesondere bei zunehmender Bauteilhöhe spart die simulationsbasierte Kenntnis der Kornstruktur Kosten bei der Wärmenachbehandlung im Bereich 100-1000€. Weiterhin können die gewonnenen Erkenntnisse zur Temperaturführung direkt genutzt werden um beispielsweise eine Vorgabe eines maximalen oder optimalen Belichtungsanteils pro Pulverschicht zu bestimmen. Dadurch kann der Gesamtfertigungsprozess mit weniger Iterationen durchgeführt werden und die kosten- und zeitintensive Herstellung von qualitativ minderwertigen Probebauteilen wird vermindert oder entfällt idealerweise ganz. Langfristig wird es möglich sein das Simulationsmodell an weitere Werkstoffe (wie Stahl) oder Prozessarten (wie EBM oder Lichtbogendrahtverfahren) anzupassen.

ISBN

978-3-96870-460-9

Reihe

DVS Forschungsvereinigung,

Band

Band: 461

Erscheinungsdatum

June 2020

Bindung

E-Book im PDF Format

Seiten

54

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