Neuer Open-Source-Code verbessert Sicherheit und Leistung von gefertigten Teilen

Ein neuer Open-Source-Code, der von Forschenden des Los Alamos National Laboratory entwickelt wurde, simuliert die Leistung von gefertigten Teilen unter Berücksichtigung der Mikrostruktur genau, um sie stärker, sicherer und leistungsfähiger zu machen.

Fierro zeichnet sich durch seine Fähigkeit zu Multiskalen- und Multiphysik-Simulationen aus. Das bedeutet, dass der Code gleichzeitig verschiedene Aspekte physikalischer Systeme und deren Wechselwirkungen über unterschiedliche Zeit- und Längenskalen hinweg simulieren kann. Besonders hervorzuheben ist die autonome Designfunktion, die mittels Künstlicher Intelligenz unter Millionen möglicher Designoptionen das optimale Design sucht und die Flexibilität des additiven Fertigungsprozesses, also des 3D-Drucks, nutzt, um das Bauteil herzustellen.

“Codes wie diese sind für das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Herstellungsprozessen und der Leistung von Teilen unerlässlich”, so Nathaniel Morgan, Wissenschaftler am Los Alamos National Laboratory und leitender Entwickler von Fierro. “Die Anpassung von Prozessen, um eine bessere Mikrostruktur zu erreichen, führt zu einem stärkeren Produkt. Die Notwendigkeit, die Auswirkungen der Mikrostruktur auf die Leistung der Teile besser zu verstehen, ist von entscheidender Bedeutung und eröffnet Wege zur Einführung moderner Fertigungsmethoden.”

Dies sei besonders in kritischen Anwendungen relevant, bei denen die Mikrostruktur eines Bauteils über Leben und Tod entscheiden kann. Ein bekanntes Beispiel ist der Ausfall einer Flugzeugtriebwerkskomponente im Jahr 1996, der aufgrund mangelnder Berücksichtigung der Mikrostruktur zu einem tödlichen Unfall führte.

Im Vergleich zu anderen existierenden Codes bietet Fierro einzigartige Multiphysik-Solver, die mit fortschrittlichen Multiskalenmodellen kombiniert sind. Diese ermöglichen eine hochpräzise Simulation der Leistung von Bauteilen in Abhängigkeit von ihrer Materialmikrostruktur oder der komplexen Topologie additiv gefertigter Gitterstrukturen. Die Nutzung moderner Supercomputer, einschließlich GPU-basierter Maschinen, erlaubt es Fierro, auch anspruchsvolle Simulationen routinemäßig durchzuführen. Dies könnte insbesondere in der Luftfahrt- und Automobilindustrie von Vorteil sein, indem das Verhältnis von Leistung zu Gewicht verbessert und somit der Energieverbrauch gesenkt wird.

Fierro zeigt sich auch in herkömmlichen Fertigungsprozessen wie Walzen, Stanzen oder Extrudieren als effizient. Die Kombination aus physikalischen Lösern und Multiskalenmaterialmodellen erlaubt die Verarbeitung einer großen Bandbreite an Materialien, was sowohl den Energieverbrauch als auch den Abfall reduziert und gleichzeitig die Fertigungseffizienz erhöht.