Pulvertechnologie und Partikelsimulation

Wir helfen Ihnen dabei, die Produktion formgenauer und fehlerfreier Bauteile effizienter zu gestalten, indem wir pulvertechnologische Prozessschritte und -ketten simulieren. Ein zweiter Schwerpunkt liegt in der Modellierung und Simulation von Mechanismen und Prozessen, bei denen komplexe oder partikelbeladene Fluide eine wesentliche Rolle spielen. Durch diese Arbeit verbessern wir Produkte und Prozesse, verkürzen Entwicklungszeiten und helfen unseren Kunden, Kosten zu sparen. Unsere Simulationsmethoden sind vielfältig und wir arbeiten mit einer breiten Palette von granularen Materialsystemen sowie partikelbeladenen Fluiden.

Bei diesen Anwendungen können wir Sie unterstützen

 

Additive Fertigung

Additive Fertigungsverfahren erlauben die endformnahe Herstellung von Bauteilen mit komplexer Geometrie. Eine Vielzahl von Prozessparametern bestimmt dabei die im Material entstehende Mikrostruktur und damit auch die Bauteileigenschaften. Je nach verwendetem Pulver stellt die Wahl der Prozessparameter, welche wirtschaftliche Herstellbarkeit und gewünschte Bauteileigenschaften kombinieren, eine Herausforderung dar.

 

Pulverpressen und Sintern

Die meisten pulvertechnologischen Prozessrouten enthalten zwei Schritte: die Formgebung und eine anschließende Wärmebehandlung. Das Pressen eines Pulvers in eine Form ist dabei einer der häufigsten Formgebungsprozesse.

Die Bestimmung der optimalen Steuerparameter für neue oder abgewandelte Prozesse und Werkstoffe ist oft zeitaufwändig. Die steigende Komplexität der gefertigten Bauteile stellt zusätzliche Anforderungen an die Prozesssteuerung.

 

Trocknen, Entbindern

Vor der Sinterung müssen Formgebungshilfsmittel bei pulvertechnologisch hergestellten Bauteilen ausgetrieben werden. Entbindern und Trocknen sind zeitaufwändige Schritte, da eine zu schnelle Prozessführung Schäden verursachen kann. Verantwortlich dafür sind Spannungen aufgrund von inhomogenen Schwindungen oder Gasdruck in den Poren. Mithilfe der Simulation finden wir optimale Prozessparameter für eine schnelle und schadensfreie Entbinderung.

 

Trennen, Mahlen und Verschleiß

Oberflächenverschleiß kann einen hohen Wartungsaufwand und längere Ausfallzeiten nach sich ziehen. Beim Mahlen gilt es zumeist, den Energieeinsatz zu minimieren, während bei Trennverfahren auch der Sägeverlust eine Rolle spielt. Beim Verrunden ist hingegen ein gezielter Materialabtrag an der Oberfläche erwünscht. 

 

Fluidbasierte Formgebung          

Beim Siebdruck oder Schlickergießen wird ein niedrig bis hochviskoses Fluid als Basis benutzt, dem ein möglichst hoher Anteil an Feststoffpartikeln beigemischt ist. Je nach Prozess wird dieses Fluid dann z.B. in eine Form gegossen oder durch ein Sieb gedrückt.

Typische Fragestellungen drehen sich dabei um die Viskosität als Funktion der Beladung, dem Einfluss der Partikelgröße und Form auf die finale Packung oder dem Strömungsfeld in der Anlage.

Softwarelösungen und -entwicklungen für Unternehmen

 

SimPARTIX

Basierend auf physikalischen Modellen wird SimPARTIX® zur Untersuchung verschiedenster Materialien und Prozess in der Fertigung und im Betrieb eingesetzt. Mittels detaillierter Analysen und Visualisierungen der Ergebnisse geben wir Einblicke in die grundlegende Dynamik Ihrer Prozesse und können diese anschließend optimieren.

 

Benutzerspezifische Routinen für FE-Programme

Bestimmte Anwendungsgebiete in der Pulvertechnologie wie die Pulververdichtung oder das Sintern werden von kommerziellen FE-Paketen wie Abaqus oder Ansys nur ungenügend abgedeckt. Um diese Lücken zu schließen, bieten wir spezifische Routinen zur direkten Kopplung mit diesen Programmen an.

 

Web-Applikationen

Einfache Simulationen und wiederkehrende Datananalysen können effizient als Web-Applikationen ausgeführt werden. Diese speziellen Webseiten ermöglichen es Ihnen, eigene Berechnungen durchzuführen. Über Web-Applikationen können Sie beispielsweise automatisiert Berichte erstellen oder Prozessoptimierungen durchführen.

FuE-Leistungen zur Pulvertechnologie und zur Partikelsimulation

Bewerten des Einflusses von Prozess- und Materialparametern 


In vielen der an uns herangetragenen Fragestellungen ist der Einfluss von Prozessbedingungen und Materialparametern auf die finalen Produkteigenschaften von großer Bedeutung. Wir bieten zwei Lösungsansätze an: Zum einen erlauben abstrahierte Modelle und vereinfachte Ansätze eine schnelle Bewertung der wesentlichen Parameter. Zum anderen ermöglichen komplexe numerische Simulationsmodelle detaillierte Einblicke in die ablaufenden Vorgänge und konkrete Optimierungsvorschläge. 

Entwicklung von Materialmodellen


In kommerziellen Simulationspaketen fehlen oft detaillierte Materialmodelle, die bei spezifischen Fertigungsprozessen für realitätsnahe Vorhersagen notwendig sind. Wir am Fraunhofer IWM passen vorhandene Materialmodelle für eine Reihe ausgewählter Prozesse der Pulvertechnologie an spezifische Kundenanforderungen an. Darüber hinaus bieten wir die Entwicklung individueller Lösungen an, um den Anforderungen unserer Kunden gerecht zu werden. 

Bestimmung von Modellparametern

 

Realitätsnahe numerische Simulationen erfordern qualitativ hochwertige Modellparameter. Durch die Kombination von ausgefeilten Experimenten mit zielgerichteten Simulationen erstellen wir Modellparametersätze für definierte Simulationsszenarien für die Materialien unserer Kunden. Diese Parameter können anschließend entweder für firmeninterne Simulationen verwendet werden oder als Grundlage für weitergehende spezifische Prozesssimulationen am Fraunhofer IWM dienen, um konkrete Kundenprobleme zu lösen.

Entwicklung von Digitalen Zwillingen

 

Bei der Abbildung eines realen Fertigungsprozesses im Computer spricht man häufig von einem Digitalen Zwilling. In Zusammenarbeit mit unseren Kunden entwickeln wir lauffähige Digitale Zwillinge sowohl für unseren eigenen Simulationscode SimPARTIX als auch für gängige kommerzielle FE-Pakete. Dies reduziert sowohl den Zeitbedarf als auch das erforderliche Simulations-Know-How bei unseren Kunden und ermöglicht Ihnen die selbstständige Durchführung von eigenen Simulationen.

Warum sollte mein Unternehmen mit dem Fraunhofer IWM in den Bereichen Pulvertechnologie und Partikelsimulation zusammenarbeiten? 

Mit unserem integralen Forschungsansatz schlagen wir die Brücke zwischen Ihrem Herstellungsprozess und den gewünschten Bauteileigenschaften. Je nach Problemstellung betrachten wir dabei einzelne Prozessschritte im Detail oder komplette Prozessketten. Die Kombination unserer Simulationen mit gezielten Experimenten stellt praxisrelevante Vorhersagen sicher.

Als Simulationsexperten mit langjähriger Erfahrung in der Anwendung auf verschiedenste pulvertechnologische Fertigungsverfahren können wir auch Ihren Prozess im Computer realitätsnah abbilden. Mit unserem numerischen und werkstoffwissenschaftlichen Know-how unterstützen wir unsere Kunden bei der Entwicklung eigener Simulationsmodelle.

Wir stehen für eine reibungsarme und transparente Projektbearbeitung. Die direkte und unkomplizierte Kommunikation im Projektverlauf ist für uns selbstverständlich.

Publikationen zum Thema Pulvertechnologie, Partikelsimulation

 

Beiträge in Zeitschriften, Büchern und auf Konferenzen sowie Dissertationen und Projektberichte...