Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWUProjektbeschreibung
Additive Fertigungsverfahren (Additive Manufacturing - AM) bieten das Potential, lastpfad- und materialgerecht optimierte Bauteile mit hohem Leichtbaugrad zu fertigen. Dabei ermöglicht AM völlig neuartige Bauteilkonzepte. Es wird erwartet, dass in den nächsten Jahren weitaus größere Stückzahlen von AM-Bauteilen für Automotive- und Luftfahrtanwendungen benötigt werden.
Eine grundlegende Herausforderung bei der Überführung der AM in die ressourceneffiziente, wirtschaftliche und zuverlässige industrielle Anwendung ist in einem unzureichenden und bisher zu wenig systematisierten Wissen zu Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen zu sehen. Daher ist eine Weiterentwicklung der Methoden zur Materialqualifizierung, Struktur- und Prozesssimulation sowie Bauteilkonstruktion und Qualitätssicherung notwendig. Die rasant voranschreitende Digitalisierung in der Werkstoff- und Produktionstechnik ermöglicht in diesem Zusammenhang vollkommen neue Ansätze zur Untersuchung der Zusammenhänge von Prozessparametern, Mikrostruktur und Bauteileigenschaften.
Das Kernziel des Vorhabens AMTwin besteht in der Entwicklung von digitalen Engineering-Methoden für die additive Fertigung insbesondere von Metallbauteilen. Dabei wird ein experimentell-numerischer Ansatz zur Erforschung von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen verfolgt. Durch die konsequente Akquise von Werkstoff, Prozess- und Bauteildaten entsteht ein sogenannter Digitaler Zwilling, d.h. ein digitales Abbild des AM-Prozesses. Weiterhin werden Simulationsmethoden zur Auslegung von sowohl AM-Fertigungsprozessen als auch von AM-Bauteilen bereitgestellt. Zugleich werden Prüfmethoden für AM-Bauteile entwickelt, die für die Qualitätsprüfung und für die Validierung der Simulationen benötigt werden.
Aufgrund der Komplexität des Fertigungsverfahrens werden in AMTwin modellbasierte Simulationsansätze mit Methoden des maschinellen Lernens zur Analyse der umfangreichen werkstoff-, prozess- und bauteilbezogenen Daten, die in den Bau- und Prüfprozessen sowie in der simulationsbasierten Auslegung generiert werden, kombiniert. Dies ermöglicht einen systematischen Wissensaufbau. Die Methoden werden zu Beginn des Vorhabens grundlagenorientiert entwickelt und sind so auf andere Prozesse übertragbar.
Experimentelle Untersuchungen und virtueller Entwicklungsprozess liefern wesentliche Erkenntnisse hinsichtlich der Interaktion zwischen Prozessführung, resultierender Werkstoffstruktur und Bauteileigenschaften. Mit AMTwin wird die fachübergreifende Kooperation verschiedener Institute der Technischen Universität Dresden mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen nachhaltig intensiviert. Durch die Ausbildung exzellenter Fachkräfte an einem zukunftsorientierten, wirtschaftlich essenziellen und interdisziplinären Thema wird die Innovationskraft Sachsens gestärkt.
