Schritte zur Qualifizierung der Schweißstruktursimulation für die additive Fertigung am Beispiel Laser-Pulver-Auftragsschweißen

Ziel bei der Anwendung von Schweißstruktursimulation in der additiven Fertigung ist die Anzahl an trial-and-error Versuchen für die Einhaltung von Maßhaltigkeit und gewünschten Bauteilqualitäten zu reduzieren. Am Fraunhofer IPK wird in einem mehrjährigen Forschungsprojekt die Vorhersagequalität der Simulation im Hinblick auf Verzug und Eigenspannungen validiert und die Rechenzeit reduziert werden. Das Laser-Pulver-Auftragsschweißen bietet hierfür - durch die im Vergleich zu pulverbettbasierten Verfahren größeren Auftragsraten - die Möglichkeit, schon heute volltransiente thermomechanische Simulationen für kleine Bauteile durchzuführen. Da das Bauteil nicht von Pulver umschlossen ist, kann im Prozess die Wärmeverteilung und der Bauteilverzug gemessen werden. In diesem Vortrag wird der Arbeitsablauf zur Validierung einer Schweißstruktursimulation am Aufbau einer Wand aus 20 aufeinanderliegenden Spuren aus Inconel 718 demonstriert. Die phänomenologische Wärmequelle in der Simulation wird anhand von Thermoelementmessungen kalibriert und der mechanische Verzug der Basisplatte wird mit in-situ Messwerten abgeglichen. Anschließend wird die Vorhersagequalität und die Rechenzeit des Modells bewertet.