Thermische Simulationen
Makroskopische Temperatursimulation
Das themische Makromodell nutzt einen schichtweise Energieeintrag und berechnet die Temepraturverteilung mit impliziten Zeitschritten. Dynamisch, adaptive Netzverfeinverung und -vergröberung ermöglichen es den Prozess mit Basisplatte und Pulver simulieren.
Aufheizungseffekte im Bauteil
Im pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen (PBF-LB/M) bildet die Basisplatte eine große thermische Masse, die viel Wärme vom Energieeintrag des Lasers aufnehmen kann, bevor diese weiter in die Maschine/ Umgebung abgeleitet werden kann. Entsrpechend können abhängig der Bauteilhöhe mit zunehmeder Distanz von der Basisplatte Aufheizeffekte entstehen. Makroskopische Simulationen des Energieeintrags auf Schichtebene ermöglichen diese Aufheizeffekte zu untersuchen.
Pulver als Isolator oder nicht?
Allgemein wird Pulver oft als Isolator bezeichnet, da die Luft zwischen den Pulverpartikeln die Wärme nur schlecht leitet und so durch die stark reduzierte Kontaktfläche der Pulverpartikel wenig Wärme vom Bauteil geleitet werden kann. Jedoch ist es kein Isolator und sollte nicht vernachlässigt werden. Adaptive Netzverfeinderung ermöglicht uns Pulver mit weniger Elementen simulativ darzustellen und es so ohne eine drastische Erhöhung der Rechenzeit zu berücksichtigen.
Schmelzbadsimulationen unter Berücksichtigung bauteilspezifischer lokalen Bedingungen
Multi-Skalen-Simulation
Die Simulation von Schmelzbädern kann genutzt werden, um mit anderen Simulationsmodellen gekoppelt zu werden oder Belichtungsstrategien und das Verhalten an Überhängen zu untersuchen. Die Kombination eines makroskopischen thermischen Modells mit schichtweisen Energieeintrag und der Schmelzbadsimulation mit Goldak-Wärmequelle, können beliebige lokale Featueres einer Geometrie unter Berücksichtigung der lokalen Aufheizung untersucht werden.
Abkühlraten simulieren und Hot-Spots vorhersagen
Mit dem makrokopischen Modellen ist es ebenfalls möglich die lokalen Abkühlraten zu bestimmen. Dadurch können ohne Expertenwissen im Designprozess eines Bauteils bereits potentielle Bereiche zu dedektieren, an denen der überhöhte Energieeintrag zu Keyhole-Porosität oder Ansinterungseffekten führt.
Hatchaktivierung zur Untersuchung von Scanstrategien
Um effizient verschiedene Belichtungsstrategien zu vergleichen, können die einzelnen Pfade des Lasers (Hatches) mit einem entsprechenden Energieeintrag aktiviert werden und das resuliterende Temperaturfeld berechnet werden.