Partikelbasierte Simulationen der Schmelz- und Erstarrungsdynamik in Pulverbettverfahren

Zurzeit gibt es keine etablierten Simulationstools für die additive Fertigung. Die Verfügbarkeit einer durchgängigen Prozesssimulation ist daher noch in weiter Ferne, wäre jedoch auf Grund der Komplexität des Prozesses nützlich, um Form- und Strukturvorgaben mit kleineren Toleranzen zu erfüllen und diese in dem Produktentwicklungszyklus berücksichtigen zu können. Partikelbasierte Simulationen ermöglichen unterschiedliche Prozesssimulationen für die additive Fertigung. Dies sind insbesondere die Simulation des Aufrakelns des Pulverbetts, da die erreichten Packungsdichten entscheidend für die Dynamik des Schmelzvorgangs sind, sowie eine Simulation der Schmelz- und Wiedererstarrungsprozesse welche die Porosität, die Eigenschaften der Oberfläche und damit letztlich die Festigkeit des Bauteils bestimmen. In diesem Beitrag werden Simulationen des Rakelprozesses mit der Diskrete Elemente Methode (DEM) [1] sowie Simulationen der Schmelzbad-Dynamik mittels Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) [2] vorgestellt. Die verwendeten Material- und Prozessparameter sind dabei durch dimensionslose Kennzahlen charakterisiert und ihr Einfluss auf die resultierende Rauheit wird diskutiert.