Thermomechanische Simulation Ihrer Laserprozesse: konforme Bauteile ab der ersten Fertigung
Verformungen, Eigenspannungen, nicht optimale Bahnen: Antizipieren Sie all diese Risiken per Simulation, bevor Sie die Fertigung starten. IREPA LASER hat Simulationsmethoden für DED in COMSOL Multiphysics entwickelt.
Das Problem, das die Simulation löst, in der additiven Fertigung (DED)
In der additiven Fertigung mit DED ist jedes Bauteil das Ergebnis einer Abfolge von Materialauftragungen, die komplexe thermische Zyklen erzeugen. Diese Zyklen verursachen Temperaturgradienten, Eigenspannungen und Verformungen, die dazu führen können, dass das Bauteil seine geometrischen Toleranzen nicht einhält – selbst wenn der Prozess gut parametriert schien.
Die herkömmliche Methode, diese Probleme zu erkennen und zu beheben, ist die physische Iteration: fertigen, messen, anpassen, wiederholen. Bei kostspieligen Bauteilen aus hochwertigen Legierungen (Titan, Inconel) kann eine Iteration mehrere tausend Euro kosten und mehrere Wochen dauern.
Die thermomechanische Simulation des DED-Prozesses ermöglicht es, diese Iterationen virtuell am Computer durchzuführen – vor jeder physischen Fertigung.
IREPA LASER hat fortschrittliche DED-Simulationsmodelle in COMSOL Multiphysics entwickelt.
Das Problem, das die Simulation beim Laserschweißen löst
Thermomechanische Simulation des Laserschweißens: Temperaturen und Verformungen vor der Fertigung beherrschen
Das Problem, das die Simulation löst
Beim Laserschweißen wird die Energie auf eine sehr kleine Zone konzentriert, was schnelle Aufheiz- und Abkühlzyklen verursacht. Diese Phänomene erzeugen starke Temperaturgradienten, die zu Verformungen, Eigenspannungen oder einer Veränderung der Werkstoffeigenschaften führen können. Bei anspruchsvollen Anwendungen, insbesondere im Verteidigungssektor, ist die Beherrschung des Temperaturfelds während des Schweißens von zentraler Bedeutung.
Die thermomechanische Simulation bildet den Prozess virtuell nach und visualisiert die zeitliche Entwicklung der Temperaturen im Bauteil. Sie ermöglicht es außerdem, die durch den Schweißvorgang erzeugten Verformungen und Spannungen vorherzusehen.
So lassen sich vor den ersten Versuchen mehrere Strategien vergleichen: Reihenfolge und Bahn der Schweißnähte, Laserleistung, Schweißgeschwindigkeit, Wartezeiten, Spannvorrichtung oder Abkühlbedingungen. Die Simulation hilft, eine geeignete Schweißstrategie auszuwählen, physische Versuche zu begrenzen und das Risiko von Nichtkonformitäten zu verringern.
Das Problem, das die Simulation in der Laserbearbeitung löst
Thermomechanische Simulation der Laserbearbeitung: Produktivität steigern und gleichzeitig die Erwärmung beherrschen
Das Problem, das die Simulation löst
Bei der Laserbearbeitung bringt jeder Puls eine stark lokalisierte Energiemenge auf die Werkstoffoberfläche. Wenn die Pulse schnell aufeinanderfolgen oder sich die Bahnen überlappen, kann sich Wärme im Bauteil ansammeln. Eine übermäßige Erwärmung kann dann die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigen, die Wärmeeinflusszone vergrößern oder die Oberflächenqualität verschlechtern.
Die thermische Simulation visualisiert die Entwicklung und Ausbreitung der Temperatur während des Prozesses. Sie hilft, den Einfluss von Parametern wie Pulsenergie, Pulsfrequenz, Verfahrgeschwindigkeit, Bahnüberlappung und Wartezeiten zu verstehen.
So lassen sich verschiedene Scanstrategien virtuell bewerten, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Temperatur unter Kontrolle zu halten. Die Simulation trägt dazu bei, den besten Kompromiss zwischen Produktivität, Präzision und Qualität zu finden und die Zahl der für die Prozessentwicklung erforderlichen Versuche zu verringern.
Die Branchen, die wir begleiten
Unsere Simulationswerkzeuge begleiten die Entwicklung Ihrer Laserprozesse – in der additiven Fertigung (DED), beim Schweißen und in der Bearbeitung – in Branchen, in denen die Prozessleistung nicht verhandelbar ist: kritische Werkstoffe, Zertifizierungsanforderungen, Anforderungen an die Wiederholgenauigkeit.
Unsere Begleitung in der DED-Simulation
Wir bieten zwei Formen der Begleitung an, je nach Ihrem Grad an Eigenständigkeit und Ihren internen Ressourcen.
Dienstleistungsmodus
Sie beauftragen uns mit der Simulation Ihres Bauteils. Unsere Experten führen die thermomechanische Simulation in COMSOL Multiphysics durch, identifizieren die Risiken und übergeben Ihnen einen Bericht mit Empfehlungen zur Optimierung der Fertigungsstrategie.
Transfermodus
Wir unterstützen Sie bei der Einführung der Simulationswerkzeuge in Ihrer Umgebung und schulen Ihre Teams in deren Anwendung. Sie simulieren Ihre eigenen Bauteile anschließend eigenständig.
Abgedeckte Leistungen:
- Machbarkeitsanalyse und Beratung zu Ihrem Bauteil und Ihrem Werkstoff
- Vollständige thermomechanische Simulation des DED-Prozesses in COMSOL Multiphysics: Verformungen, Eigenspannungen, thermische Zyklen, Abkühlzeit zwischen den Lagen
- Optimierung der Bahnen und der Fertigungsstrategie durch virtuelle Iterationen
- Durchführung physischer Versuche zur Validierung der Modelle
- Entwicklung einer auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittenen Softwareanwendung
- Schulung Ihrer Teams in der Anwendung der Simulationswerkzeuge
FAQ
Ein Werkzeug, das den DED-Prozess virtuell nachbildet, um Verformungen, Spannungen und die Leistung der Bauteile vor ihrer Fertigung vorherzusagen. Unsere Modelle werden in COMSOL Multiphysics entwickelt.
Risikominimierung Ihrer Projekte, Beherrschung der Abmessungen, weniger physische Iterationen, verbesserte metallurgische Qualität.
DED-Metalle und -Legierungen, großformatige Bauteile oder komplexe Geometrien. Kontaktieren Sie uns, um die Machbarkeit für Ihr spezifisches Bauteil zu prüfen.
