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Das SLM (selektive Laserschmelzen) Verfahren ist geeignet für komplexe Konstrukte, aufgrund der Wärmeentwicklung durch den Laser und das schichtweise Abkühlen beim Druck, kann es zu veränderten Eigenschaften und Oberflächen kommen. Ein niederländisches Forschungsteam der TU Delft hat in dem Artikel „Towards Design for Precision Additive Manufacturing: A Simplified Approach for Detecting Heat Accumulation”, zwei Verfahren vorgestellt um ungünstige Wärmeverteilungen frühzeitig zu erkennen.
Das Team hat zwei Verfahren entwickelt um neue Topologieoptimierungsmethoden (TO) zu entwickeln, welche genau auf das SLM Verfahren zugeschnitten sind. Diese Methode an verwendet werden um das Design früh anzupassen oder um bestehende Geometrien zu analysieren.
“Um thermische Aspekte von additiver Fertigung in ein TO-System zu bringen, ist ein geeignetes AM-Prozessmodell erforderlich. Dies wird problematisch, da ein hochgenaues Prozessmodell rechnerisch sehr teuer ist und die Integration in ein Gradienten-basiertes TO-System noch mühsamer wird”, erklärten die Forscher in dem Artikel. “Daher wird in dieser Untersuchung ein physikalisch basierter, aber stark vereinfachter Ansatz vorgeschlagen, um Wärmeakkumulationszonen in einem gegebenen Design zu identifizieren. Der durch die Vereinfachung gebotene Rechengewinn macht es möglich, das Wärmeakkumulations-Erkennungsschema in ein TO-System zu integrieren. “
Kostenverringerung durch Designanalyse
Um die Kosten für eine thermische Analyse zu verringern wurden zwei Methoden entwickelt. Bei der ersten Methode wird das Modell in Schichten geschnitten, wie beim Druck selbst. Das Abkühlverhalten ist nur von ein paar vorherigen Schichten abhängig. Durch diese Annahme kann viel Rechenzeit eingespart werden. In dem zweiten Verfahren, wird das transiente thermische Verhalten in ein statisches thermisches Verhalten übersetzt.
Die Forscher versuchen Geometrien zu quantifizieren und dadurch die Designanalyse zu vereinfachen, dabei fanden sie heraus, dass die Geometrie ein sehr großer Faktor ist aber nicht alleine gesehen werden darf.
“Der rechentechnische Vorteil, den das vorgeschlagene Verfahren bietet, ermöglicht die Entwicklung einer physikalisch basierten Topologieoptimierungsmethode, die für die Konstruktion präziser AM-Komponenten von Vorteil wäre”, folgern die Forscher. “Der nächste Schritt für diese Forschung besteht darin, die entwickelte Methode mit einer dichtebasierten Topologieoptimierung zu kombinieren, indem Entwurfsmerkmale benachteiligt werden, die während jeder Iteration zur Wärmeakkumulation neigen.”
