Sprachen

Geometrieverarbeitung für die virtuelle Realisierung produktionstechnischer Prozesse

Abstract: 

Die Basis der Modellierung und Simulation komplexer produktionstechnischer Prozesse wie Fräsen, Schleifen, Beschichten und Verdichten ist die Geometrie. Beschreibungen von Werkstücken und Werkzeugen bestehen meist aus einer Spezifikation ihrer Geometrie, die dann durch weitere Attribute ergänzt wird, welche physikalische Eigenschaften hinsichtlich Mechanik, Wärme und Optik definieren. Wenn die entsprechenden Gleichungen, wie meist, nicht analytisch zu lösen sind, besteht ein Zugang durch das Berechnen von Näherungslösungen über einer geeigneten geometrischen Zerlegung des Definitionsbereichs, wie dies etwa bei Finite-Elemente (FE)-Methoden getan wird. Methoden der effizienten Geometrieverarbeitung kommt damit eine hohe Bedeutung bei der Modellierung und effizienten Simulation zu.

Beschreibung: 

Das Projekt gliedert sich in die Aspekte Simulation und Modellierung. Dies beinhaltet die effiziente Simulation des Beschichtens freigeformter Werkzeuge durch Spritzen und die Entwicklung geeigneter (modellgestützer) Methoden für rechenaufwändige Simulationen bei bahnorientierten Fertigungsprozessen.

Simulation

Simulationen sind bei der Überprüfung des Fehlers zwischen Soll- und Ist- Beschichtung im Rahmen des Fertigungsprozesses bedeutungsvoll, etwa im Zusammenhang mit dessen rechnerbasierten Optimierung, bei der ein geringer Rechenaufwand wesentlich ist. Um die Simulation für Bauteile mit großer Oberfläche nutzen zu können, aber auch präzise Ergebnisse für relevante Größen, wie zum Beispiel Porosität oder Oberflächenrauheit, zu erhalten, soll die Simulation auf zwei Ebenen stattfinden.

Auf Mikroebene werden einzelne Partikel mit stochastisch bestimmten Eigenschaften betrachtet, welche sich Schicht für Schicht auf dem Substrat ablagern. Das Vorgehen bei der Ablagerung soll dabei mit einer FE-Simulation, die Gegenstand eines anderen Teilprojekts des Sonderforschungsbereichs ist, abgeglichen werden. Aufgrund des zu erwartenden hohen Rechen- und Speicherbedarfs kann auf Mikroebene nur eine relativ kleine Grundfläche beschichtet werden.

Auf Makroebene ist das Ziel, die komplette Beschichtung eines Werkstücks mit akzeptablem Rechenaufwand zu ermöglichen. Dies kann durch die sukzessive Aufsummierung von Footprints auf der Oberfläche entlang vorgegebener Bahnen geschehen. Unter einem Footprint wird in diesem Zusammenhang das Oberflächenprofil verstanden, welches man durch das Spritzen mit unbewegter Spritzpistole auf eine Stelle erhält.

Koppelung und Fertigungskette

Des Weiteren soll eine Methode zur simulationsübergreifenden Nutzung lokal ausgeführter genauer aber rechenaufwändiger Simulationen bei bahnorientierten Fertigungsprozessen entwickelt werden. Dies soll durch Interpolation und Approximation von Eingriffs- und Wirkungsmerkmalen, die an diskreten Stützstellen lokal berechnet werden, längs der dazwischen liegenden Bahnsegmente geschehen. Dazu sollen Techniken des Morphings und der Registrierung von Bildern und geometrischen Formen eingesetzt werden. Die Bedeutung liegt in der umfassenderen Nutzbarmachung genauerer Daten, die aufgrund des Rechenaufwands nicht überall längs einer Bahn berechnet werden können.

Darüber hinaus sollen Verfahren für die Verknüpfung von Simulationen unterschiedlicher Arten von Fertigungsprozessen betrachtet werden. Dabei soll speziell die Verknüpfung einer Beschichtungs- und einer Verdichtungssimulation zur Simulation des gekoppelten Beschichtens und Verdichtens durch Industrieroboter bearbeitet werden. Die Bedeutung dieses Ziels liegt in der Ausweitung der Simulationsmöglichkeiten über Einzelprozesse hinaus, etwa zur ganzheitlichen Optimierung einer Fertigungskette aus mehreren Einzelprozessen, wobei besondere Anforderungen an die Berechnungseffizienz der Verknüpfung gestellt werden.

Bearbeiter: 
  • Thomas Wiederkehr
  • Heinrich Müller
Status: 
Aktiv
Zeitraum: 

2007 – 2014

Förderung: 

DFG-SFB 708, Teilprojekt B1

Publikationen: 
  • W. Tillmann, L. Hagen, M. Abdulgader, H.G. Rademacher, A. Schmidt, H. Müller, und T. Wiederkehr: Investigations of Technological Developments in Nozzle Design For Twin Wire Arc Spraying By Means of Spray Plume Characteristics, Thermal Spray 2014: Proceedings from the International Thermal Spray Conference, DVS - German Welding Society, Ed., May, 21-23 (Barcelona, Spain), DVS Media, 2014, p 455–460.
  • W. Tillmann, P. Hollingsworth, I. Baumann, D. Hegels, T. Wiederkehr, H. Müller, B. Johnen, und B. Kuhlenkötter: Adaption of the Path Strategy to Produce Near Net Shape Coatings Manufactured By Hvof Spraying, Thermal Spray 2014: Proceedings from the International Thermal Spray Conference, DVS - German Welding Society, Ed., May, 21-23 (Barcelona, Spain), DVS Media, 2014, p 950–955.
  • W. Tillmann, P. Hollingsworth, M. Dildorp, A. Eilers, H. Müller, und T. Wiederkehr: Influence of the Handling Parameters on the Characteristics of Hvof Sprayed Coatings Processed By Means of Fine Wc-12Co (2 - 10 µm) Powders, Thermal Spray 2014: Proceedings from the International Thermal Spray Conference, DVS - German Welding Society, Ed., May, 21-23 (Barcelona, Spain), DVS Media, 2014, p 324–333.
  • T. Wiederkehr und H. Müller: Efficient Large-Scale Coating Microstructure Formation Using Realistic CFD Models, J Therm Spray Tech, 2014, 24(3), p 1–13.
  • W. Tillmann, P. Hollingsworth, I. Baumann, S. Flossbach, H. Müller, und T. Wiederkehr: Influence of the Substrate’S Shape Complexity on the Coating Properties Produced By Hvof Spraying of Fine Wc-12Co (2-10 µm) Powders, Thermal Spray 2013: Proceedings of the International Thermal Spray Conference, ASM International, Ed., May, 13-15, 2013 (Busan, South Korea), 2013, p 707–711.
  • T. Wiederkehr und H. Müller: Acquisition and Optimization of Three-Dimensional Spray Footprint Profiles For Coating Simulations, J. Therm. Spray Technol., 2013, 22(6), p 1044–1052.
  • T. Wiederkehr, B. Klusemann, H. Müller, und B. Svendsen: Fast, Curvature-Based Prediction of Rolling Forces For Porous Media Based on a Series of Detailed Simulations, Advances in Engineering Software, 2011, 42(4), p 142–150.
  • T. Wiederkehr, B. Klusemann, D. Gies, H. Müller, und B. Svendsen: An Image Morphing Method For 3D Reconstruction and Fe-Analysis of Pore Networks in Thermal Spray Coatings, Comput. Mater. Sci., 2010, 47(4), p 881–889.
  • A. Kout, T. Wiederkehr, und H. Müller: Efficient Stochastic Simulation of Thermal Spray Processes, Surf. Coat. Technol., 2009, 203(12), p 1580–1595.
  • T. Wiederkehr, H. Müller, B. Krebs, und M. Abdulgader: A Deposition Model For Wire Arc Spraying and Its Computationally Efficient Simulation, Proceedings of the International Thermal Spray Conference, May 4-7, 2009 (Las Vegas, USA), The Printing House Inc., 2009, p 492–498.
  • T. Wiederkehr, A. Kout, und H. Müller: Graphical Simulation and Visualization of Spray Coating Processes in Computer-Aided Engineering, Vision Modeling and Visualization 2008 (VMV 2008), Akademische, 2008, p 13–20.
  • Alexander Kout
    Effiziente stochastische Simulation von thermischen Spritzprozessen
    Diplomarbeit, Fachbereich Informatik 2007
  • Adrian Schyja
    Effiziente 3D-Simulation und Visualisierung von Beschichtungsprozessen unter Verwendung von Graphikhardware
    Diplomarbeit, Fachbereich Informatik 2007
Interne Veröffentlichungen: 
  • Effiziente stochastische Simulation von thermischen Spritzprozessen, Alexander Kout, 2007
  • Effiziente 3D-Simulation und Visualisierung von Beschichtungsprozessen unter Verwendung von Graphikhardware, Adrian Schyja, 2007