Simulation – Laserprozesse und Systeme

Überblick

Unser Leistungsangebot

Eine Vielzahl von Laseranwendungen lassen sich durch Simulations- und Modellierungstools optimieren oder sogar erst realisieren. Das Fraunhofer ILT entwickelt in diesem Bereich Lösungen u. a. für spezifische Auslegungen von Optiken und Freiformflächen, Laserstrahlprofilen oder Scanstrategien zur Fertigung von Produkten mit maßgeschneiderter Qualität.

Das Spektrum reicht vom laserbasierten Schneiden und Schweißen über das Bohren und Strukturieren bis hin zu den additiven Laserfertigungsverfahren. Ziele sind ein besseres Verständnis der beteiligten Prozesse, eine Steigerung der Produktivität und Qualität sowie eine Reduktion von Kosten und Ressourcen. Genutzt werden u. a. Numerik-Tools und Verfahren der Modellreduktion oder Meta-Modellierung sowie Multiskalensimulationen. Die entwickelten Softwarelösungen eignen sich für Prozesssimulationen beim Einsatz von Metallen, halbleitenden Materialien, Gläsern, Keramiken und Kunststoffen.

Ein Schwerpunkt ist die Reduktion von Modellen auf den speziellen Anwendungsfall, die den Einsatz als Bindeglied zwischen Maschine und Produktionsumgebung erlaubt. Vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 und cyber-physischen Systemen gewinnen dabei z. B. digitale Abbildungen – etwa von Maschinen oder Prozessen – zunehmend an Bedeutung. Zudem werden Verfahren der Künstlichen Intelligenz erforscht, mit denen aus gewonnenen Daten Simulationen kalibriert, der Zustand von Maschinen analysiert oder Fehler im Fertigungsverfahren erkannt und korrigiert werden. Auch hier kommen Modellierungen oder Simulationen zum Einsatz, mit denen sich etwa die Qualität, Effizienz und Robustheit steigern lassen.

Neben der Entwicklung von anwendungsspezifischen, digitalen Lösungen und deren Integration in eine Produktionsumgebung umfasst das Leistungsangebot auch eine individuelle Beratung. 

Spannungsverteilung beim Laserauftragschweißen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Spannungsverteilung beim Laserauftragschweißen.
Feinschneiden - Experiment und Simulation.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Feinschneiden - Experiment und Simulation.
Von-Mises-Vergleichsspannung für ein SLM-Bauteil.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Von-Mises-Vergleichsspannung für ein SLM-Bauteil.

Anwendungen

  • Konzepte zur Führung von Laserfertigungsverfahren
  • Auslegung von Resonatoren für Hochleistungslaser

Verfahrens- und Komponentenentwicklung

  • Optik, Strahlführung und Strahlformung
  • Wärmeleitung und Thermomechanik
  • Phasenübergänge wie z.B. Schmelzen, Erstarren, Verdampfen
  • Fluiddynamik der Schmelze
  • Simulation von Gasströmungen und Düsenauslegung

Analyse

  • Strahldiagnose, Prozessüberwachung und Diagnostik
  • Bildverarbeitung und Analyse experimenteller Daten

Prozessqualität

  • Prozessfenster und Prozessgrenzen
  • Prozessstabilität
  • Qualität aus Schmelze
    • Riefenbildung, Rauheit und Bart beim Schneiden
    • Verzugsarmes Schweißen mit definierter Einschweißtiefe
    • Verzugsarme additive Fertigung
    • Delamination und Rissbildung
  • Schädigungsmechanismen – elektronisch, thermisch, mechanisch

Simulation

  • Dynamische Prozesssimulation
  • Effiziente numerische Verfahren – vom Laserspot zum Bauteil
  • Optimierung von Prozessen
    • Lösung inverser Aufgaben mit neuronalen Netzen
    • Kombination von Maschinen Lernen ML mit Simulation
    • Metamodellierung – Prozesslandkarten
  • Digitale Hybridverbindung – Nichtmetall mit Metall
  • UKP Strukturieren und Trennen – first time right – Scan Strategie
    • Metall
    • Glas und »low-K«-Werkstoffe
    • halbleitende Deckschichten
  • Eigener Hochleistungs-Rechencluster
    Computational steering

Märkte

Lasertechnik trägt in unterschiedlichen Märkten zur Lösung anspruchsvoller Aufgabenstellungen bei. Ob als Werkzeug in der Automobilfertigung, als Messmittel im Umweltbereich, als Diagnose- oder Therapieinstrument in der Medizintechnik oder als Kommunikationsmedium in der Raumfahrttechnik, der Laser bietet vielfache Einsatzmöglichkeiten mit hoher Produktivität und hoher Effizienz.

Auf den Markt-Webseiten finden Sie weitere Informationen und eine Auswahl aus unserem Angebot.

 

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