Bestimmung von Materialkennwerten für die Materialkartenerstellung

Bestimmung von Materialkennwerten für die Materialkartenerstellung

Die Herausforderung

Simulationen spielen im Prozess der additiven Fertigung eine wichtige Rolle. Meist weisen generativ gefertigte Bauteil komplexe Geometrien auf. Diese ermöglichen komplexe Belastungen des Bauteils. Erst eine Simulation schafft das erforderliche Verständnis für das Strukturverhalten des Bauteils unter Belastung. Für solch eine Simulation sind präzise Werkstoffmodelle nötig. Diese müssen das Werkstoffverhalten möglichst realistisch wiedergeben.

Damit die Materialmodellierung erfolgen kann, müssen die Kennwerte des Materials ermittelt werden. Durch die steigende Komplexität bei der Auslegung von Simulationsmodellen werden nicht nur die klassischen Eigenschaften für das Material, das im Druck eingesetzt wird, benötigt. Zusätzlich sind auch Materialkennwerte, die darüber hinaus gehen, nötig, wie etwa die Gitterparameter der Stützstrukturen.

Die benötigten Materialkennwerte werden mit entsprechenden Prüfverfahren wie etwa Zug-, Druck-, Biege-, Scher- und Torsionsversuchen bestimmt. Die Ergebnisse der Versuche werden in Materialkarten dokumentiert.

 

Die Lösung

Das ARAMIS System hilft dabei, entsprechende Materialkennwerte effizient zu identifizieren: Der Ingenieur ermittelt damit optisch und in 3D über die komplette Fläche der Materialprobe die Verformungen, die in diesen Versuchen durchgeführt werden. Er findet darüber wichtige Materialkennwerte wie E-Modul, Dehngrenze Rp02, Festigkeit, Anisotropie und Nichtlinearität heraus. Auch die Dehnungsfelder und Dehnungsverteilung auf den Stäben und Knoten der Stützstruktur kann er damit auswerten und so die, für additiv gefertigte Bauteile wichtigen, Gitterparameter bestimmen.

Eine Materialkarte mit diesen Informationen liefert dann sichere Eingangsparameter für die Simulationsrechnungen. Damit stellt man Folgendes sicher:

  1. Die Simulationen liefern realitätsnahe Ergebnisse.
  2. Die Konstruktion erfolgt bauteilgerecht.
  3. Das Bauteil wird so ausgelegt, dass die nötige Bauteilsicherheit gegeben ist.

Fazit: Entwicklungszeiten und Testläufe werden auf diese Weise deutlich verringert.

Vorteile

Effizientes Erstellen
genauer Materialkarten
Besseres Verständnis der experimentell ermittelten Kennwerte und Kurven 
durch flächenhafte Messergebnisse
Realitätsnahe Simulationsergebnisse 
durch sichere Eingangsparameter
Ermittlung eines homogenen Ersatzmaterials 
aus den Gitterstrukturen für eine einfache, schnelle und aussagekräftige Simulation
Präzise Werkstoffmodelle 
für komplexe Simulationen
Verringerung
von Entwicklungszeiten und Testläufen

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