Innovatives und zuverlässiges Kalkulationstool

Key Words: LPBF, Production Planning, Build Time Calculation, Economic Efficiency

… für modulare Laser Powder Bed Fusion Anlagenkonzepte

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) zu einer viel­versprechenden Lösung in der Serien­fertigung entwickelt. Die Industrialisierung des LPBF ist in vollem Gange und es wird deutlich, dass Wirtschaft­lichkeit einer der wichtigsten Aspekte für eine nachhaltige Implementierung dieses Prozesses in industrielle Anwendungen ist. Aus diesem Grund bieten LPBF-­Anlagen­hersteller modulare und skalierbare Anlagen­konzepte sowie Hilfssysteme an, die der Anwender individuell nach seinen Bedürfnissen konfigurieren kann. Für diese modularen System­lösungen hat der RWTH Aachen Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP ein innovatives und zuverlässiges LPBF-Kalkulations­tool entwickelt: den virtuellen Modul-­Emulator, der in die digitale LPBF-­Prozesskette integriert ist. Er ersetzt die reale Anlage, indem er die in Schichten zerlegte 2,5D-Geometriedaten verarbeitet und die enthaltenen Scan­vektoren virtuell ausführt. Eine prozessuale Steuerung, die durch einzelne Modul­instanzen in einer service­orientierten Architektur (SOA) implementiert ist, führt den LPBF-Prozess­zyklus aus und ruft virtuelle Dienste auf, wie etwa den „Beschichter“, der die Aktion „Pulver hinzufügen“ ausführt.

Die Bauzeit, die der virtuelle Modul-­Emulator berechnet, wird exemplarisch mittels schichtweisem Vergleich von Zeit­stempeln neun tatsächlicher Baufträge verifiziert, die auf einer Dual-­Laser-­LPBF-­Anlage ausgeführt wurden. Der mittlere absolute prozentuale Fehler (MAPE) erreicht für das Modell 0,28 %. Die schicht­weise Analyse zeigt eine mittlere Abweichung unter 0,2 % bei einer Standard­abweichung unter 1 %, was zu einer nahezu geometrie­unabhängigen Vorhersage der Bauzeit führt. Das entwickelte Kalkulations­tool ermöglicht eine optimierte Produktions­planung und Maschinen­auslastung, da eine nahezu exakte Bauzeit­berechnung beispielsweise voraussagt, wann der Maschinen­bediener eingreifen muss. Die erzielte Genauigkeit der Berechnungen ermöglicht es darüber hinaus sowohl System­lieferanten als auch Anlagenbetreibern, verlässliche Aussagen über die Wirtschaftlichkeit und den erforderlichen Grad der System­modularität für eine optimale Produktion von kunden­individuellen Komponenten zu treffen.

Sebastian Dirks, M. Sc.

RWTH Aachen Lehrstuhl für
Digital Additive Production DAP
Campus-Boulevard 73
52074 Aachen

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