Surface roughness optimization by simulation and part orientation
Ziele
Die geschichtete Struktur der additiven Fertigungsverfahren führt zu einem Treppeneffekt der Oberflächenstrukturen. Im Allgemeinen hängt die Auswirkung dieses Effekts stark vom Aufbauwinkel einer Oberfläche ab, während die Gesamtoberflächenrauheit durch die Auflösung des spezifischen AM-Prozesses verursacht wird. Ziel dieser Arbeit ist die Vorhersage der Oberflächenqualität in Abhängigkeit von der Bauteilausrichtung. Darüber hinaus können diese Ergebnisse verwendet werden, um die Ausrichtung des Bauteils zu optimieren, um eine gewünschte Oberflächenqualität für funktionale Bereiche oder ein optimales Gesamtergebnis zu erzielen. In der additiven Fertigung ist die Bauhöhe oft ein Kostenfaktor, daher berücksichtigt das Bauteilausrichtungswerkzeug nicht nur die vorhergesagte Oberflächenqualität. Die Bauhöhe ist ebenfalls ein Optimierungsziel für dieses Werkzeug.
Verfahren
Basierend auf Experimenten wurde eine Oberflächenrauheitsdatenbank erstellt. Zur Unterstützung dieser Datenbank wurde ein zusätzliches Oberflächenrauheits-Rz-Simulationswerkzeug entwickelt (Abbildung 1a / 1b). In der Regel kann nicht jeder Bereich eines Bauteils optimiert werden, da die Oberflächenqualität stark vom Aufbauwinkel abhängt. Daher erfolgt eine Vorzuweisung funktionaler oder wichtiger Bereiche für die Ausrichtungssimulation. Die ausgewählten Oberflächen erhalten einen erhöhten Gewichtungsfaktor für die bevorzugte Aufbauausrichtung. Das Modell verwendet das digitale STL-Format eines Bauteils, da dies für alle AM-Maschinen wesentlich ist. Jedes Dreieck wird mit einem Rauheitswert versehen, und durch Testen verschiedener Ausrichtungen kann eine optimierte Position gefunden werden. Auch wenn dieses Werkzeug validiert und auf dem LS-Prozess aufgebaut ist, kann diese Methode auf alle AM-Technologien angewendet werden.
Erreichte Ziele
Mit dem Ausrichtungsoptimierungswerkzeug für AM-Prozesse, das eine Oberflächenrauheitsdatenbank und die Bauhöhe als Optimierungsziele verwendet, ist es möglich, die Bauteilausrichtung für AM-Bauteile zu validieren.