Eigenspannung und Verzug

Innovation am ISEMP

Inhärente Dehnungen in Additiver Fertigung

Das ISEMP hat als einer der ersten die Methode inhärenter Dehnungen aus dem Schweißprozess auf die additive Fertigung übertragen. Dr. Keller hat dabei für seine Dissertation umfangreiche simulative Untersuchungen durchgeführt, um eine inhärente Dehnungen aus klassischen thermomechanischen Simulation für belichtete Inseln im LPB-LB/M zu extrahieren. Die Simulation war in der Lage das komlexe Verzugsverhalten ganzer Bauteile wiederzugeben und ist heute weitverbreitet in vielen kommerziellen Softwares erhältlich. Die Simulationsmethode wird oft genutzt, um die schweißbedingten Verzüge durch eine Predeformation, eine invertierte Anwendung des Verzugsfeld auf das CAD, zu kompensieren.

Vom Pulverbett Laserstrahlschmelzen zum drahtbasierten Auftragschweißen

Von Millimetern zu Centimetern

Zunächst wiesen kalibrierte inhärente Dehnungen eine starke Geometrieabhängigkeit auf und wirkten zum Teil unrealistisch groß. Die Methode musste angepasst werden indem sie wieder der ursprünglichen Idee aus dem klassischen Schweißen angenähert wurde. umgeschmolzenes Substratmaterial musste erneut aktiviert werden. Jedoch sind weitere Herausforderungen im WAAM (Wire-Arc Additive Manufacturing) zu beachten. Der Prozess kann zu einer starken Aufheizungen führen. Eine Kontrolle der Thermik ist notwendig, damit die Methode inhärenter Dehnungen anwendbar ist. Daher wurden für alle Experimente Zwischenlagentemperaturen eingestellt, damit der Ausgang einer jeden Schweißlage vergleichbar ist. Jedoch führen geometrische Variation der Schweißbahnen dennoch zu erheblich anderen Wärmeeinträgen und Temperaturverteilungen im Bauteil. Makroskopische Temperatursimulationen können diese erfassen und mit der Methode inhärenter Dehnungen kombiniert werden, um auch bei Aufheizeffekten hinrechend genauer Ergebnisse zu erzielen und eine Predeformation zur verzugskompensierten Fertigung zu ermöglichen

Deformation nach dem Prozess

Wärmebehandlung und Verzug

2023-08-11

Während der Wärmebehandlung unterlaufen Bauteile verschiedene Heizzyklen und sind so über mehrere Stunden hohen Temperaturen ausgesetzt. Das Ziel, Reduktion der Eigenspannungen. Diese können sich jedoch auch in Verzügen relaxieren. Außerdem ist das Eigengewicht der Proben problematisch, wenn die Temperaturen sich dem Schmelzpunkt näheren. Das Material wird weich und kann sich über Kriechdehnungen verformen. Mit dem Ziel die gesamte Prozesskette digital abzubilden wurden am ISEMP Methoden zur Simulation des Verzugs in der Wärmebehandlung entwickelt.