Daten- und modell-basierte Prozess-Simulation

Fördermittelgeber/in
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Förderprogramm "Innovative regionale Wachstumskerne"

Projektträger/in
Projektträger Jülich

Projektleiter/in
Dr.-Ing. Martin Ganß

Partner/innen
Dynardo GmbH, Weimar
3D-Schilling GmbH, Sondershausen
Ernst-Abbe-Hochschule, Jena
Orisa Software GmbH, Jena

Laufzeit
Mär 2019 - Feb 2022

Kurzfassung
Verbundprojekt: Prozessoptimierung - FDM-Simulation und -optimierung für auslegungsrelevante Bauteile aus Kunststoff
Teilprojekt MFPA: FOS4FDM - Erforschung einer faseroptischen Messmethode zur Erfassung von Prozessgrößen beim FDM-Drucken für die Zustandserfassung auslegungsrelevanter Kunststoffbauteile


Prognosefähige Prozessmodelle für den additiven FDM-Fertigungsprozess sowie das generelle Verständnis des 3D-Druckprozesses erfordern valide Sensordaten aus dem entstehenden Bauteil. Ziel des Projektes ist die Erforschung und Weiterentwicklung
eines faseroptischen Messverfahrens mit dem Temperaturen und Dehnungen im Kunststoffbauteil während des FDM-Prozesses sowie während der Produktlebenszeit des auslegungsrelevanten Kunststoffbauteils erfasst werden können. Kern des zu erforschenden Messverfahrens sind spezielle μm-dünne, lichtleitende Glasfasern, die es durch die Auswertung einer optischen Messgröße erlauben Temperaturen und Dehnungen sehr genau zu erfassen. Die Eignung und Möglichkeiten des faseroptischen Messverfahrens zur Prozessgrößenerfassung im FDM-Prozess werden im Teilprojekt erforscht. Im Weiteren wird das mechanische Verhalten von 3D-gedruckten Probekörpern abhängig von der Druck-Orientierung erforscht. Materialkennwerte werden für die Prozesssimulationen unter Berücksichtigung der Spezifika des FDM-Prozesses generiert.

→ Projektsteckbrief

→ Webseite des Projekts

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Fördermittelgeber/in
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

Projektträger/in
Projektträger Jülich

Projektleiter/in
Prof. Dr.-Ing. habil. Carsten Könke

Partner/innen
Bauhaus-Universität Weimar
Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg
Richard Bergner Holding GmbH & Co. KG, Schwabach
Context AG, München
KET Karosserie Entwicklung Thurner GmbH, München
Bertrandt Ingenieurbüro GmbH, München

Laufzeit
Dez 2021 - Nov 2024

Kurzfassung
Eine Zielstellung im Verbundvorhaben ist die Entwicklung einer Familie von adaptiv anpassbaren Dissipationselementen, welche mittels gezielt aktivierten Reibungsef-fekten Bewegungsenergie dissipieren und damit mechanische Schwingungen dämpfen. in diesem Teilvorhaben werden numerische Modelle zur Simulation dieser Reibelemente entwickelt. Ein erster Schritt bildet dabei die Formulierung eines generischen Materialmodells. Dieses soll in der Lage sein, beliebige Hysteresefunktionen für die Bestimmung der Reibungsdämpfung abzubilden und so eine quantitative Prognose der Energiedissipation in schwingenden Strukturen ermöglichen. Zu-sätzlich zur Entwicklung der Materialgesetze werden geeignete Elementformulierungen für die numerische Modellierung der Fügestellen erarbeitet. Die Ergebnisse der neuen Materialmodelle sowie der entwickelten physischen Prototypen (aus anderen Teilvorhaben) werden kombiniert und in ein konkretes Strukturmodell implementiert, das in einer Finite-Elemente-Umgebung angewendet werden kann. Die Energiedissipation soll dabei in zwei bzw. drei Raumrichtungen unabhängig voneinander und von anderen Materialeigenschaften (wie z.B. der Steifigkeit) steuerbar sein. Um das Potential der entwickelten Technologie voll auszuschöpfen, wird zusätzlich ein Optimierungsalgorithmus entwickelt, der die günstigsten Positionen der dissipativen Verbindungselemente im Hinblick auf maximale Energiedissipation ermittelt. Dies erfolgt in einem mehrstufigen geschachtelten Optimierungsverfahren, in dem zwischen Optimierungsschritten zur Gewichtsreduktion und Optimierungsschritten zur Schwingungsreduktion iterativ gewechselt wird.

→ Projektsteckbrief

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Fördermittelgeber/in
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektträger/in
-

Projektleiter/in
Prof. Dr. rer. nat. Tom Lahmer

Partner/innen
DFG-Schwerpunktprogramm "Polymorphe Unschärfemodellierungen
für den numerischen Entwurf von Strukturen" (SPP 1886)

Laufzeit
Jan 2020 - Nov 2023

Kurzfassung
Additive Fertigungsverfahren revolutionieren derzeit den Produktionsmarkt, speziell auch für den Baustoff Beton. Damit die additive Fertigung von Betonstrukturen von Erfolg geprägt ist, bedarf es Tools, die den Prozess an sich abbilden und so eine optimale Einstellung der Prozessparameter erlauben. Die Entwicklung solcher Tools stellt den Kern des Projektes dar. Da jedoch ein additiver Fertigungsprozess von Beton Streuungen verschiedenster Art unterliegt, ist eine besondere Berücksichtigung der Prozessunschärfe über kreuz- und autokorrelierte Zufallsprozesse und Zufallsfelder zu verfolgen. Das Projekt ist eingebettet in das DFG Schwerpunktprogramm SPP 1886 Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen.

www.spp1886.de

→ Projektsteckbrief

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Fördermittelgeber/in
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)

Projektträger/in
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA)

Projektleiter/in
Dr.-Ing. Andreas Diemar

Partner/innen

Laufzeit
Okt 2019 - Sep 2021

Kurzfassung
Durch das thermochemische Wärmebehandlungsverfahren Einsatzhärten ist es möglich, die Dauerfestigkeit von Stahlbauteilen signifikant zu erhöhen.
Derzeit werden die Zielgrößen der Einsatzhärtung, wie die Aufkohlungs- und Einsatzhärtungstiefe sowie die Randhärte, empirisch anhand der Bauteilgeometrie festgelegt. Diese empirischen Zielgrößen bilden die Basis für die Ermittlung notwendiger Prozessparameter des Einsatzhärtens, wie den Kohlenstoffpegel und die Aufkohlungszeiten bei gegebener Aufkohlungstemperatur.
Forschungsziel war, die bisherige empirische Festlegung von Zielgrößen für das Einsatzhärten durch ein geschlossenes Konzept numerisch basierter beanspruchungskontrollierter Kohlenstoff- und Härteprofile zu ersetzen. Auf der Basis dieser Profile werden dann die notwendigen Prozessparameter ermittelt. Die Berücksichtigung des Einflusses des konkreten Bauteilbeanspruchungszustandes auf die Zielgrößen der Einsatzhärtung im geschlossenen Konzept ermöglicht zusätzlich eine Optimierung der Prozessparameter. Die optimierten Prozessparameter reduzieren notwendige Prozesszeiten (Aufkohlungs- oder Prozessdauer) sowie den Energiebedarf und erhöhen damit die Effizienz des Einsatzhärtens signifikant.

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