Additive-Fertigungveranstaltung
Numerische Simulation trifft auf Additive Fertigung
Auf dem Nafems World Congress 2015 (NWC) in Sand Diego (USA) trafen sich dieses Jahr 575 Berechnungsingenieure und Spezialisten, um sich über die aktuellen Entwicklungen im Bereich der numerischen Simulation auszutauschen. Die Additive Fertigung war auch in diesem Kreis ein wichtiges Thema. Autor: Georg Schöpf / x-technik
575 Teilnehmer zählte der Nafems World Congress in diesem Jahr.
(h3)Über NAFEMS
Die NAFEMS ist eine internationale not-for-profit Organisation mit dem Ziel, durch die Organisation von Kongressen, Seminaren und Kursen die Bereiche numerische Simulation und technische Berechnung zu fördern. Die Organisation wurde 1983 gegründet und setzt sich aus Firmenmitgliedern zusammen, die sich in Arbeitsgruppen, Regionalverbänden und Fachgruppen organisieren. Die Nafems bietet dazu den organisatorischen Überbau und ermöglicht Ihren Mitgliedern Zugang zu umfangreicher Literatur, Fachseminaren und Foren.
www.nafems.org
Vom 21. Juni bis 24. Juni diesen Jahres fand der Nafems World Congress statt. Auf der Veranstaltung, die nur alle zwei Jahre abgehalten wird, treffen sich Berechnungsingenieure aus aller Welt, um sich über die neuesten Entwicklungen im Bereich der Numerischen Simulation zu informieren. Geprägt von Vorträgen, Workshops und Fachgruppenmeetings ist es eine Plattform, auf der alle Disziplinen der technischen Simulation vertreten sind. Erstmals in diesem Jahr war auch das Thema Additive Fertigung durch eine Session-Reihe vertreten. Referenten aus unterschiedlichsten Firmen und Fachgebieten sprachen über ihre Erfahrungen mit additiv gefertigten Teilen, oder die durch diese Verfahren entstehenden Anforderungen. Schwerpunktbereiche, aus denen die Referenten zum Thema Additive Fertigung kamen, waren Luftfahrt, Automobilbau und Medizintechnik.
Konkrete Themen waren dabei zum Beispiel die „Strategie für die Validierung der mechanischen Belastbarkeit von additiv verarbeiteten High-Performance-Materialien“ oder „Varianz in den mechanischen Eigenschaften von ABS-Teilen, die im FDM-Verfahren hergestellt wurden“, aber auch „Möglichkeiten und Herausforderungen im Design in der Additiven Fertigung“, um nur einige zu nennen. Das Spektrum der vorgestellten Themen erstreckte sich von der Simulation der Verarbeitung selbst, bis hin zur Berechnung und Optimierung additiv hergestellter Bauteile.
Im Rahmen des NWC wurden aber auch sämtliche anderen Bereiche der numerischen Simulation betrachtet. Angefangen von strukturmechanischen Themen, über hochspezialisierte Anwendungsbereiche in der Themodynamik, Strömung, Crash, Fatique u.v.m., bis hin zu elektromagnetischen Aufgabenstellungen und Mehrkörpersimulation fanden sämtliche Disziplinen der technischen Berechnung ihr Forum.
In der begleitenden Ausstellung konnten sich die Teilnehmer über aktuelle Entwicklungen und Trends bei Hard- und Softwareherstellern informieren.
Materialmodelle immens wichtig
Quintessenz aus den meisten Vorträgen zur Additiven Fertigung war das Thema Materialien und Materialmodelle. Einstimmig gaben die Berechnungsingenieure zu verstehen, dass valide und möglichst genaue Materialmodelle notwendig sind, um zuverlässige Aussagen über die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile treffen zu können. „Die Schwierigkeit besteht darin, dass sich die Materialien je nach Verarbeitungsparameter unterschiedlich verhalten. Außerdem sind die Materialeigenschaften je nach Ausrichtung im Bauraum unterschiedlich“, erklärt beispielsweise Walter Schmidt, Senior Manager Modeling & Simulation von Stryker Orthopaedics (USA). Er arbeitet an der Entwicklung additiv gefertigter Hüftgelenksprothesen.
Im Gespräch mit Tim Morris (re.), CEO der Nafems Inc.
Materialeigenschaften abhängig von Bauprozess
„Wir lernen gerade erst zu verstehen, wie sich die Materialien abhängig von der Fertigungsmethode verhalten. Meist müssen wir den Bauprozess selbst zuerst simulieren, um zu einem einigermaßen zuverlässigen Ergebnis beim fertigen Bauteil zu kommen“, äußerte sich Vlastimil Kunc, PH.D., von der Materials Science and Technology Division am Oak Ridge National Laboratory (USA). Kunc, der mit seinen Kollegen und in Zusammenarbeit mit dem Maschinenbauer Cincinnati Inc. und dem Softwarehersteller Alphastar Corp. (USA) einen Shelby Cobra als Elektrofahrzeug gebaut hat, dessen Karosserie komplett additiv gefertigt wurde (siehe Videolink). Cincinnati baut die derzeit größten Anlagen für Additive Fertigung auf Basis von Kunststoffextrusion (vgl. FDM-Verfahren).
Das Konzeptfahrzeug STRATI der Firma Alphastar: Der Bauprozess der Karosserie wurde zunächst simuliert und diese dann komplett über ein Großraum-FDM-System aufgebaut. (Bilder: Alphastar Corp.)
Kommunikation gefordert
Angesichts der raschen Entwicklungen im Bereich der Additiven Fertigung ist klar, dass auch in der technischen Berechnung vermehrt additiv gefertigte Teile zu berücksichtigen sind. Umso wichtiger erscheint neben der Entwicklung praxisrelevanter Werkstoffe und Werkstoffen mit Zusatznutzen (Stichwort: Füllstoffe und Verbundwerkstoffe) die Bereitstellung zuverlässiger Materialmodelle. Selbstverständlich wird ein wesentlicher Aspekt dabei sein, dass Verarbeitungsmethoden inklusive der zugehörigen Verarbeitungsparameter einer klaren Beschreibung und Definition bedürfen, um dieser Aufgabe gerecht werden zu können. Auch sind die Konstrukteure und Berechnungsingenieure in diesem Zusammenhang aufgefordert, Ihren Bedarf klar zu formulieren und an die Maschinen- und Materialhersteller zu kommunizieren. Um angesichts der rasanten Entwicklung bedarfsgerechte Materialien in Verbindung mit den für die Berechnung und Simulation erforderlichen Materialdaten bereitzustellen, ist ein effizienter Austausch erforderlich. Eine Aufgabe, der sich keine Seite entziehen kann.
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