AddiQ - Qualitätssicherung in der Additiven Fertigung

Partner im Netzwerk Verbundprojekt:
•NEL GmbH
•ModellTechnik Rapid Prototyping GmbH
•Polymer Service GmbH Merseburg
•Hochschule Merseburg
•TH Brandenburg

Internetpräsenz:
www.addi-q.com

Laufzeit:
November 2023 – November 2026

Förderprogramm aus der Programmfamilie:
Innovation & Strukturwandel, Regionale unternehmerische Bündnisse für Innovation RUBIN

Projektträgerschaft:
Projektträger Jülich | Forschungszentrum Jülich GmbH
https://www.ptj.de

Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF

Fördervolumen:
599.612,16€

Verbundprojekt-Leiter:
Dr. Ralf Lach, Polymer Service GmbH Merseburg

RUBIN-Netzwerk Beschreibung:
Das regionale Netzwerk AddiQ, „Qualitätssicherung in der Additiven Fertigung“, widmet sich in fünf Verbundprojekten dem Aufbau von wissenschaftlicher, technologischer und wirtschaftlicher Kompetenz zur Qualitätssicherung von additiv gefertigten Bauteilen. Dazu werden Lösungen zur Dokumentation und automatisierten Auswertung der Prozessdaten, zur Vorhersage der Bauteilqualität und zur Integration der verschiedenen Systeme entlang der Prozesskette generiert, welche die Nachfrage der regionalen und langfristig auch überregionalen Industrie bedienen soll.

Projektbeschreibung Teilprojekt THB:
Gesamtziel:
Im Vordergrund des Teilvorhabens der THB innerhalb des Verbundprojekts steht die Entwicklung von Methoden zur virtuellen Werkstoffprüfung und Prozessüberwachung für die Herstellung fehlerfreier FFF-/SLS-Bauteile sowie für die konstruktionsbegleitende simulationsgestützte Bewertung additiv gefertigter Bauteile unter Berücksichtigung von Fertigungsparametern.

Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele der THB hier in drei wesentliche Ziele zusammengefasst:

Die Entwicklung

von makroskopischen Steifigkeitskennzahlen und Versagenskriterien unter Berücksichtigung des Fertigungsprozesses auf Basis der Virtuellen Werkstoffprüfung
einer Prozessüberwachung und -regelung zum Erreichen einer Null-Fehler-Qualität
einer Methode für die konstruktionsbegleitende Verzugskompensation

wurde so die Fertigungsprozesssimulation von SLS-Bauteilen in Abbildung 1 mit realen Temperatur-Abkühlverläufen des Pulverkuchens verglichen, angepasst und optimiert. Bessere numerische Ergebnisse können den Verzug von Bauteilen somit zuverlässiger vorhersagen und konstruktive Änderungen und/ oder eine angepasste Bauraumpackung zur Prozessoptimierung vor dem eigentlichen Bauprozess ermöglichen.

Abbildung 1: Temperaturmessung und Simulation des Abkühlprozesses in SLS-gedruckten Bauteilen – Vergleich experimenteller und numerischer Ergebnisse zur Optimierung der Wärmeableitung und Minimierung von Eigenspannungen.

Aufgrund der Vielzahl möglicher Prozessparameter des FFF-Fertigungsprozesses und damit einhergehender massiver Beeinflussung der hochvariablen Makrostruktur und anisotropen Eigenschaften ist eine konstruktive Festigkeitsbestimmung von Bauteilen sehr anspruchsvoll und somit oft unbestimmt. Abbildung 2 zeigt die Simulation des FFF-Fertigungsprozesses in Kombination mit einer multiskaligen Strukturanalyse mittels einer Python-basierten Modellierung des repräsentativen Volumenelements (RVE), welche zur weiteren Bewertung der Steifigkeit und des Verformungsverhaltens hergestellter Bauteile herangezogen wurde.