Digitalisierung in der Werkstofftechnik
Bearbeiter
Zeitraum
April 2019 - Januar 2022
Förderung
Land Hessen
Kurzbeschreibung
Das Projekt ist Teil eines Verbundprojektes mit dem Fachgebiet Metallische Werkstoffe, dem Fachgebiet Intelligente Eingebettete System und dem Fachgebiet Regelungs- und Systemtheorie der Universität Kassel. Das Fachgebiet Mess- und Regelungstechnik hat in Zusammenarbeit mit den anderen Fachgebieten für den Bereich der additiven Fertigung Methoden zur Verhaltensmodellierung basiert auf in- und ex-process Messgrößen erarbeitet, getestet und demonstriert.
So wurden mit dem Ziel einer optimierten Prozessführung und -analyse beim selektiven Laserschmelzen (SLM) in einem Teilprojekt der Einsatz datenbasierter Ansätze zur Berechnung von Prädiktionsmodellen untersucht. Die resultierenden Modelle bilden den kausalen Zusammenhang zwischen verschiedenen Prozessstellgrößen und den resultierenden Bauteileigenschaften (Härte, Dichte, Porosität des Bauteils) ab. Um einen möglichst großen Einflussbereich der Prozessstellgrößen zu explorieren, wurden Experimente unter Einsatz raumfüllender Entwurfsverfahren geplant, durchgeführt und die resultierenden Bauteileigenschaften gemessen. Auf Basis der erhobenen Daten wurden sowohl parametrische als auch nichtparametrische Modelle mittels statistischer und numerischer Verfahren generiert und bzgl. ihrer Vorhersagequalität verglichen. Unter Einhaltung der Versuchsgrenzen erlauben die so erhaltenen Prädiktoren die Analyse der Einflüsse der betrachteten Prozessstellgrößen auf die Bauteilqualität sowie das Auffinden geeigneter Prozessfenster, welche zu einer gewünschten Bauteilqualität führen.
In einem weiteren Teilprojekt wurde die ort- und zeitaufgelöste Modellierung beim Laserauftragsschweißen (LMD) auf Basis von Thermografiedaten untersucht. Dabei fanden Methoden zur Schätzung von Modellparametern partieller Differenzengleichungen direkt aus den Ein- und Ausgangsdaten des Prozesses Anwendung. Aus den thermografischen Messdaten wird somit ein Grey-Box-Modell für die Prädiktion des Temperaturfeldes dünner, im LMD-Verfahren gefertigter Strukturen identifiziert.