Ausgangslage:

Werkzeuge kommen in verschiedensten industriellen Anwendungen vor und die Anforderungen an diese steigen zunehmend an. Um ein langlebiges Werkzeug mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten, ist eine geeignete Verteilung der Endeigenschaften (mechanische Eigenschaften, Phasenzusammensetzung) und der Eigenspannungen nötig. Derzeit erfolgt die Herstellung von Werkzeugen hauptsächlich mittels spanender Fertigungsverfahren. Neben den spanenden Fertigungsverfahren kommen auch additive Verfahren, wie das Laser Metal Deposition (LMD) – Verfahren, in Frage. Dieses Fertigungsverfahren weist eine hohe Flexibilität bezüglich Prozessführung und Werkstoffwahl auf, wodurch sich eine anforderungsgerechte Verteilung der Endeigenschaften im Werkzeug umsetzen lässt. Diese Flexibilität erschwert allerdings auch die Wahl optimaler Parameter und Aufbaustrategien. Die Prozessauslegung erfolgt gegenwärtig in einem aufwändigen „Trial-and-Error“-Prozess. Die zuverlässige Vorhersage der Endeigenschaften gestaltet sich schwierig. Es besteht ein Bedarf an Methoden, die statt „Trial-and-Error“ eine gezielte Prozessauslegung ermöglichen und die Aufwendungen für Unternehmen reduzieren.

Ziele:

Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer simulations- und experimentbasierten Methode für die zuverlässige Vorhersage und Qualitätssicherung der Endeigenschaften der zu fertigenden Werkzeuge und deren Funktion. Die Zusammenhänge zwischen den Charakteristika des Aufbauprozesses, der Verteilung der Endeigenschaften und den Funktionseigenschaften in der Anwendung sollen untersucht und hergestellt werden. Es wird angestrebt die Verteilung der Endeigenschaften der Werkzeuge mit Hilfe einer auf FEM (Finite Elemente Methode) basierenden Methodik zur Simulation des Aufbauprozesses zu berechnen. Zudem erfolgt eine Verknüpfung der Prozessüberwachung mit der simulativen Methodik. Die Prozessüberwachung ermöglicht es, durch einen Vergleich von messtechnisch erfassten und berechneten Werten das neu zu entwickelnde, rechenzeiteffiziente Simulationsverfahren zu validieren und eine Qualitätssicherung zu realisieren.

Ablauf:

Das Projekt gliedert sich in vier Phasen. Phase eins umfasst das Festlegen der Anforderungen an Geometrie, Material, Zielgrößen, Datenerfassung und Testmethoden. In Phase zwei wird ein Prozesssimulationsmodell erarbeitet und ein geeigneter Aufbau von Analysewerkzeugen und Messmethoden ermittelt. Es findet eine Entwicklung und Optimierung von Berechnungsmethoden statt und die Prozessüberwachung wird einsatzbereit gemacht. Im Anschluss erfolgt die Validierung der entwickelten Berechnungsmethoden. Daraufhin erfolgt eine Funktionsanalyse von ausgelegten Funktionsbauteilen in seriennahen Tests in Abhängigkeit der Prozessstrategie.