Mikrostrukturen bei der Metallherstellung mitdenken

Bei der Additiven Fertigung von Metallen stellen die Mikrostrukturen stets eine Herausforderung dar. Hexagon geht diese Herausforderung nun mit noch mehr Nachdruck an und gibt seine Partnerschaft mit dem Imdea Materials Institute bekannt. In der 10X Integrated Computational Material Engineering (ICME) Lösung wird die branchenweit erste Mikrostrukturmodellierung für Metalle unterstützt.

Integrated Computational Materials Engineering (ICME) wird die Fertigung, wie wir sie kennen, verändern. Es ist eine Entwicklungslösung, die mehrere Simulationsdisziplinen umfasst und einen Schritt weitergeht, um die Herausforderungen der OEMs (Original Equipment Manufacturer) wie Zeit, Kosten oder Verfügbarkeit von Daten bei der Herstellung des ‘perfekten’ Bauteils anzugehen. ICME löst die Grenzen zwischen Materialentwicklung, Design- und Fertigungsprozessen auf und optimiert das Bauteil durch Integration von Herstellung, Material- und Produktverhalten.

Das renommierte Imdea Materials Institut in Madrid bringt seine Erfahrung ein, um die Genauigkeit und den Umfang von ICME bei der Modellierung der Mikrostruktur von Metallen zu erweitern – in der kommerziellen Fertigung ein bisher weitgehend unerforschtes Gebiet. Trotz der industriellen Reife der Metalltechnik berücksichtigen die meisten Firmen derzeit die Mikrostruktur nicht bei der Herstellung, was später das Verhalten und die Widerstandsfähigkeit des Bauteils stark beeinträchtigen kann.

Mit genaueren Modellen können OEMs die Qualität ihrer Metallbauteile verbessern, Abfall reduzieren und effizientere, durchgängige Design- und Entwicklungsprozesse konzipieren. Dabei erfolgt der Großteil der Entwicklungsarbeit per Simulation, um Prototypen und echte Versuche zu sparen. Die Optimierung der Bauteile durch effektiveren Materialeinsatz hilft den Metallherstellern im Wettbewerb mit neueren Materialien wie Verbundwerkstoffen und Keramik.

Roger Assaker, CEO von e-Xstream engineering, sagt: „Es ist die Breite und Tiefe der Hexagon 10X ICME Lösung, die es ermöglicht, die Fertigungsindustrie zu revolutionieren. Heute liegt der Schwerpunkt bei polymerbasierten Verbundwerkstoffen. Doch mit der Unterstützung von Partnern wie Imdea Materials – einem echten Pionier auf dem Gebiet – wollen wir die Vorteile von ICME nutzen, um Design und Innovation mit jedem Material zu verbessern, dessen Eigenschaften noch nicht genug berücksichtigt und genutzt werden und das den Herstellern helfen kann, bessere Produkte zu erzielen.”

Imdea Materials forscht an aktueller Materialwissenschaft und ist ein Markenzeichen für herausragende Leistungen in der Materialentwicklung. Seine unvergleichlichen Einblicke in die Modellierung des elastoplastischen Verhaltens von Basislegierungen auf Kristallebene werden ICME für Metalle ergänzen und die multiskalare Modellierung in Digimat erweitern, welche eine Grundlage der 10X ICME Lösung darstellt.

Beim Umformen und Verarbeiten von Metallbauteilen entstehen vielfältige Mikrostrukturen im Bauteil, charakterisiert durch Korngröße, -form und -orientierung. Mit den im 10X ICME Ökosystem integrierten Imdea-Materialmodellen gewinnen Anwender das Verständnis, warum sich diese Strukturen bilden und wie sie sich auf das Verhalten des finalen Bauteils auswirken. Diese Einsichten können dann verwendet werden, um die in der Lösung integrierten Design-, Entwicklungs- und Testfunktionalitäten zu erweitern und die Hersteller frühzeitig in der Produktentwicklung bei bewussten Entscheidungen zu unterstützen – beispielsweise um 3D-Druckprozesse im Hinblick auf bessere Materialeigenschaften der Metalle zu gestalten.

Laurent Adam, Leiter der Forschung & Entwicklung bei e-Xstream engineering sagt: „In unserer Partnerschaft mit Imdea Materials werden wir weiter an der Verbesserung der Bausteine für Metall-ICME zusammenarbeiten. Zurzeit konzentriert sich unsere Forschung & Entwicklung auf die Vorhersage, wie diese modernen Metallwerkstoffe sich unter bestimmten Belastungen, wie dem Kriechen, verhalten, und auf die Entwicklung effizienter numerischer Methodik für die Materialschädigung.”

Ignacio Romero, Direktor des Imdea Materials Instituts, kommentiert: „Bis jetzt war ICME zum großen Teil eine akademische Übung. Einer der Grundpfeiler von Imdea ist die Zusammenarbeit mit der Industrie, die Weitergabe unseres Wissens über hochentwickelte Werkstoffe, um Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen, und Technologieführerschaft zu behaupten. Wir sind begeistert, dass unsere Ergebnisse zur ersten industrialisierten ICME-Lösung beitragen. Wie unsere Forschung zeigt, hat dieser Ansatz großes Potential, die Fertigungsindustrie insgesamt voranzubringen.

Ein Webinar zum Thema hat Imdea Materials kürzlich veröffentlicht. Video: Imdea Materials

Die Erfahrung unserer Wissenschaftler deckt einen weiten Bereich von Simulationstechniken in verschiedenen Skalen ab, von der atomaren Ebene bis hin zum Kontinuum, unterstützt von Hochleistungsberechnung sowie hochmodernen Laboratorien für mikroskopische Charakterisierung und mechanische Tests vor Ort. Wir freuen uns auf die Ergebnisse der gebündelten Kompetenzen von uns, Hexagon und e-Xstream.”

cd