Software

Softwarewerkzeuge und die darin enthaltene Algorithmik sind ein wesentlicher Bestandteil additiver Prozessoptimierung sowie der digitalen Prozesskette. Dies beinhaltet Dither-Methoden zur Materialpositionierung im Multimaterial-3D-Druck mit minimaler Materialagglomeration oder geometrie-adaptive Laserführung beim Laser-Strahlschmelzen, bei der die schnelle Berechnung verschiedener Geometriemerkmale (Abstand zur Bauteiloberfläche, Orientierung von Offset-Flächen, etc.) notwendig ist. Auch Methoden zur „Druckbarmachung“ von 3D-Modellen mit fehlerhafter Geometrie (z. B. falsche Flächenorientierung, Löcher, nicht-mannigfaltige Kanten und Ecken) sind für eine automatisierte Prozesskette essentiell und fallen in diese Kategorie.

Simulationswerkzeuge tragen zur Materialentwicklung und zur Optimierung von Prozessschritten bei, z. B. um Verzüge zu minimieren. Die numerischen Ansätze reichen von atomistischen und thermodynamischen Simulationen zur Legierungsentwicklung über das Fließ-, Kompaktierungs- und Sinterverhalten von Pulvern, Schmelzbad- und Gefügeentwicklungssimulationen von Metallen, mechanischen Modellen für das Aushärteverhalten von Harzen, Simulationen von hybriden Prozessen und Nachbehandlungsschritten bis hin zur Lebensdauerbewertung von additiv gefertigten Bauteilen.

Im virtuellen Produktentwicklungsprozess ist es oft entscheidend, die Eigenschaften von vielen Produktvarianten zu simulieren, um vor dem Prototypenbau oder der Serienfertigung bereits belastbare Entscheidungskriterien für die Auswahl des finalen Designs zu generieren. Diese klassische Produktsimulation wird in der additiven Fertigung, aber auch bei anderen Fertigungsverfahren häufig eingesetzt. Um die Anzahl der zu untersuchenden Varianten deutlich zu erhöhen, haben wir RISTRA – Rapid Interactive Structural Analysis – entwickelt. RISTRA ist eine auf Graphikkarten (graphics processing unit - GPU) optimierte Simulationssoftware für Strukturmechanik, die die tausenden GPU-Prozessoren nutzt, um schnell Vorhersagen zu dreidimensionalen mechanischen Spannungsverteilung unter gegebenen Lasten zu machen. Durch effiziente GPU-Datenstrukturen und massiv-parallel Algorithmen werden Beschleunigungen von einem Faktor von bis zu 80x im Vergleich zu kommerzieller Software erreicht.