Van de verschillende AM-technieken (Additive Manufacturing) onderscheidt Laser Powder Bed Fusion (LPBF) zich als een toonaangevende technologie, waarmee ingewikkelde metalen onderdelen zich in één keer laten vormen. LPBF is echter niet zonder obstakels. Een van de belangrijkste hindernissen zijn thermische vervormingen. In dit artikel zullen we stilstaan bij digitale simulatie (in Siemens NX) die gebruik maakt van de Inherent Strain Method (ISM) om thermische vervormingen in LPBF te voorspellen en waar mogelijk voor te zijn.
Door: Rein van der Mast en Stef Rijkers
In LPBF smelt een hoogenergetische laser zeer lokaal metaalpoeder, waardoor 3D-vormen laag voor laag worden opgebouwd. De intense lokale warmte-inbreng in het poederbed en direct eronder, gevolgd door snelle afkoeling, creëert thermische gradiënten met sterke uitzetting en krimp van het materiaal als gevolg. Dit niet-uniforme koelproces kan ongewenste spanningen en vervormingen in het werkstuk veroorzaken, wat de maatnauwkeurigheid en mechanische eigenschappen in gevaar kan brengen. Het is hierbij relevant om op te merken, hoewel dit niet het hoofdonderwerp van dit artikel is, dat de kristalstructuur sterk kan variëren.
Simulatietools Siemens NX
Bij Fontys leren studenten integraal in de opleidingen werken met simulatietools zoals Siemens NX. De afdeling Engineering heeft in 2014 metaalprinten geïmplementeerd en exploiteert momenteel een moderne Renishaw RenAM 500S metaalprinter in haar vestiging op de Brainport Industries Campus (BIC) in Eindhoven, onder leiding van Rein van der Mast. Bachelorstudent Stef Rijkers heeft in zijn afstudeerproject de effectiviteit geëvalueerd van de moderne simulatietools binnen Siemens NX Additive Manufacturing voor het optimaliseren van LPBF-prints. Zonder een Digital Twin die het productieproces omvat, bestaat er vaak behoefte aan optimalisatie in het fysieke domein om het beste resultaat te bereiken. Dergelijke iteraties zijn kostbaar en tijdrovend, terwijl digitale iteraties aanzienlijk efficiënter zouden zijn. Rijkers onderzocht de praktische waarde van Digital Twins met betrekking tot hun voorspellende kwaliteiten in LPBF. Verschillende referentieonderdelen werden geprint in 316L roestvrij staal en opgemeten. Met de resultaten, waaronder enkele referentiegeometrieën van Siemens, kon hij het systeem kalibreren en de kwaliteit van de virtuele weergave van de print en het LBBF-proces verbeteren.
Lees in Solutions Magazine het hele artikel over het onderzoek naar de AM simulatie tool in Siemens NX
De resultaten die door deze maatregelen worden bereikt, rechtvaardigen onmiskenbaar de investering in tijd en moeite
