DE102022207554B3

DE102022207554B3 - Verfahren und Assistenzsystem zum Kompensieren einer thermomechanischen Bauteilverformung bei einer Bauteilfertigung

Info

Publication number: DE102022207554B3
Application number: DE102022207554.4A
Authority: DE
Inventors: Shahrooz Sadeghi Borujeni
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2042-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (1) und ein Assistenzsystem zum Unterstützen einer deformierenden Bauteilfertigung. Dabei wird mittels einer numerische Simulation eine Anfangsgeometrie für einen Bauteilrohling zum Kompensierung der Deformation zum Erreichen einer vorgegebenen Sollgeometrie (2) durchgeführt. Ausgehend von dieser Anfangsgeometrie wird ein Bauteilkandidat gefertigt. Abweichungen zwischen dessen resultierender Endgeometrie (3) und der Sollgeometrie (2) werden durch Abweichungsvektoren (5) beschrieben. Dazu werden aus der numerischen Simulation Verformungsvektoren (4) ermittelt werden, welche jeweils die Bewegungsrichtung eines Punktes bei der Bauteilverformung angeben, und die Abweichungsvektoren (5) jeweils in Richtung des Verformungsvektors (4) an dem jeweiligen Punkt bestimmt. Basierend auf diesen Abweichungsvektoren (5) wird automatisch eine angepasste Anfangsgeometrie generiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen einer Bauteilfertigung, bei der es zu einer Bauteilverformung, also beispielsweise einem Verziehen und/oder einer Schwindung kommt. Die Erfindung betrifft weiter ein für das Verfahren eingerichtetes Assistenzsystem.
In verschiedenen Fertigungsverfahren kann es zu Deformationen eines Rohlings oder Grünlings oder Zwischenprodukts kommen, die nicht immer exakt bekannt oder vorhersagbar sind. Somit kann es also auch dann, wenn der Rohling oder Grünling zuverlässig und exakt mit vorgegebenen Maßen gefertigt werden kann, zu Abweichungen einer resultierenden Endgeometrie des fertigen Bauteils von einer dafür vorgegebenen Sollgeometrie kommen. Solche Verformungen während der Fertigung können durch entsprechend angepasste Maße oder Gestaltung des Rohlings oder Grünlings zwar prinzipiell kompensiert werden. Eine genaue Bestimmung der notwendigen Kompensationen kann in der Praxis jedoch als äußerst zeit-, kosten- und rechenaufwendig sein.
Herkömmliche konventionelle Methoden bieten für dieses Problem oftmals keinen systematischen Ansatz und können eine Vielzahl von Experimenten erfordern, die zudem für jede neue oder variierte Geometrie und jede Veränderung von Fertigungsparametern erneut durchgeführt werden müssen. Damit sind solche Methoden oftmals nicht für hochgradig flexible Fertigungsmethoden, wie etwa 3D-Druckverfahren, insbesondere im MBJ (Metal Binder Jetting) geeignet. Auch herkömmliche simulationsbasierte Methoden weisenden Nachteile auf, da sie beispielsweise im Allgemeinen anspruchsvoller sind und mehr ingenieurstechnisches Wissen erfordern können, sodass sie für die routinemäßige oder massenweise Fertigung nicht ideal sind. Zudem können auch prinzipiell simulationsbasierte, also computergestützte Verfahren umfangreiche experimentelle Testfertigungen zur Kalibration erfordern. Auch können bisherige Simulationsmodelle zumindest mit vertretbarem Rechenaufwand oftmals für heutige Toleranzanforderungen keine ausreichende Genauigkeit bieten und beispielsweise, insbesondere nichtlineare Verformungseffekte, etwa aufgrund von Reibung oder dergleichen, im Allgemeinen nicht oder nur unvollständig abbilden.
Vor diesem Hintergrund beschreibt beispielsweise die WO 2020 / 047 246 A1 ein Verfahren zur Verformungskompensation. Darin wird eine Abweichung zwischen der Geometrie eines CAD-Modells und gemessenen Daten eines Bauteils ermittelt. Basierend auf dieser Abweichung und einem mittels eines Simulationsprozesses berechneten nichtlinearen Skalierungsfaktors wird ein Kompensationsfeld bestimmt. Das CAD-Modell wird dann mit dem bestimmten Kompensationsfeld modifiziert.
Als einen anderen Ansatz beschreibt die US 2021 / 0 200 916 A1 Systeme und Verfahren für eine mechanische Verformungskompensation. Darin wird für ein Modell eines Bauteils ein Gitternetz generiert. Weiter wird eine Simulation dieses Gitternetzes unter einem mechanischen Prozess durchgeführt. Basierend auf dieser Simulation wird dann ein verformtes Gitternetz generiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine spezifikationsgemäße Bauteilfertigung mit einer während der Fertigung auftretenden Bauteilverformung auf besonders einfache und effiziente Weise zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Unterstützen einer zumindest teilweise automatisierten Bauteilfertigung, bei der es zu einer thermisch und/oder mechanisch induzierten Bauteilverformung kommt. Insbesondere kann das Verfahren zum Ermitteln einer geeigneten Ausgangs- oder Anfangsgeometrie für einen Bauteilrohling oder einen Grünling für das zu fertigende Bauteil zum Erreichen einer vorgegebenen, also gewünschten Sollgeometrie des fertigen Bauteils am Ende der Bauteilfertigung dienen. Eine tatsächliche Endgeometrie des real gefertigten Bauteils nach bzw. am Ende der Bauteilfertigung, kann sich nach einem bzw. dem letzten Fertigungsschritt, der mit einer Deformation des Bauteilrohlings bzw. des Grünlings einhergeht, ergeben. Diese Endgeometrie soll idealerweise der Sollgeometrie entsprechen, kann in der Praxis jedoch von dieser Abweichen.
Ein entsprechender Fertigungsschritt kann etwa ein Sintern, ein Brennen, ein Pressen und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen.
Entsprechende Deformationen können Formveränderungen, Größenveränderungen, eine Schwindung und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen. Solche Deformationen können zwar einerseits unvermeidbar, aber andererseits auch gewünscht sein, etwa um eine höhere Festigkeit des fertigen Bauteils im Vergleich zu dem Bauteilrohling oder Grünling zu erreichen.
Das Ermitteln der entsprechend geeigneten Ausgangs- oder Anfangsgeometrie kann auch als Kompensieren der im Rahmen der Fertigung auftretenden Bauteilverformung aufgefasst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zum Unterstützen einer additiven Fertigung, insbesondere für pulverbasierte Technologien, eine pulverbasierte additive 3D-Fertigung bzw. eine pulvermetallurgische Fertigung, wie etwa im MBJ, also für 3D-Druckverfahren oder Metallpulverspritzguss (englisch: metal injection molding) oder dergleichen angewendet werden.
Der Begriff „Bauteile“ ist hier sehr allgemein zu verstehen und kann beispielsweise technische Bauteile ebenso umfassen wie reine Designobjekte oder dergleichen.
In einem Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine vorgegebene Sollgeometrie erfasst, die das fertige Bauteil, insbesondere nach dem Fertigungsschritt, der zu der Bauteilverformung, also einer Deformation und/oder Schwindung führt, aufweisen soll. Diese Sollgeometrie kann insbesondere als digitale Datei, beispielsweise als CAD-Datei oder dergleichen, vorgegeben sein und erfasst, also etwa über eine Schnittstelle empfangen oder von einem Datenspeicher abgerufen werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels eines vorgegebenen Modells wenigstens eine numerische Simulation zum Ermitteln einer Anfangsgeometrie für den Bauteilrohling oder Grünling zur zumindest teilweisen Kompensierung, insbesondere zumindest eines Großteils, der Bauteilverformung zum Erreichen der Sollgeometrie durchgeführt. Hier kann also zumindest der entsprechende Fertigungsschritt bzw. das Verhalten des Bauteilrohlings und eine damit einhergehende Bauteilverformung des Bauteilrohlings simuliert werden. Dabei können gegebenenfalls mehrere unterschiedliche Anfangsgeometrien als Ausgangs- oder Startpunkte verwendet werden, um eine geeignete Anfangsgeometrie zu ermitteln, welche gemäß der Simulation, also zumindest voraussichtlich zu der Sollgeometrie des entsprechenden Bauteils führt.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Bauteilkandidat mit der derart numerisch, also simulativ ermittelten Anfangsgeometrie - einschließlich der Anwendung oder Ausführung des wenigstens einen zu der Bauteilverformung führenden Fertigungsschrittes - gefertigt. Dies kann beispielsweise ein 3D-Drucken des Bauteilrohlings und ein anschließendes Sintern oder dergleichen zum Erzeugen des fertigen Bauteilkandidaten umfassen.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die resultierende Ist- oder Endgeometrie des gefertigten Bauteilkandidaten mit der vorgegebenen Sollgeometrie verglichen. Dabei werden bei vorhandenen Abweichungen zwischen der Endgeometrie und der Sollgeometrie entsprechende Kompensations- bzw. Abweichungsvektoren, welche diese Abweichungen beschreiben, ermittelt. Dazu kann beispielsweise zunächst die Endgeometrie, also die tatsächliche Form des fertigen Bauteilkandidaten erfasst werden, etwa durch optisches oder laserbasiertes Scannen, mechanisches Abtasten, eine Computertomografie des Bauteilkandidaten und/oder dergleichen mehr.
Die Abweichungsvektoren können sich beispielsweise jeweils zwischen einem Punkt oder Bereich der Ist- bzw. Endgeometrie und einem korrespondierenden, also entsprechenden Punkt oder Bereich der Sollgeometrie erstrecken. Solche Abweichungsvektoren können beispielsweise mit einer vorgegebenen Auflösung für die gesamte Oberfläche des Bauteilkandidaten bzw. der End- und/oder Sollgeometrie ermittelt werden. Die Auflösung kann dabei beispielsweise als fester Wert oder als Vorschrift oder Funktion vorgegeben sein. In letzterem Fall kann die Auflösung beispielsweise in Abhängigkeit von der lokalen Form oder Krümmung vorgegeben sein, wobei eine komplexere Form bzw. eine größere lokale Krümmung zu einer höheren lokalen Auflösung führen kann. Die Abweichungsvektoren können insbesondere jeweils die Größe und Richtung der lokalen Bauteilverformung angeben oder beschreiben. Die Abweichungsvektoren können also als Kompensationsvektoren, das heißt als zum Kompensieren der Abweichungen geeignete mögliche Veränderungen der Anfangsgeometrie aufgefasst bzw. verwendet werden.
Falls die Abweichungen, also etwa die Größe bzw. Länge der Abweichungsvektoren, höchstens einer vorgegebenen Toleranz, also höchstens einer vorgegebenen zulässigen Maximalabweichung entsprechen, kann beispielsweise der gefertigte Bauteilkandidat als fertiges Bauteils bereitgestellt und/oder die verwendete Anfangsgeometrie für die - gegebenenfalls massenweise oder routinemäßige - Fertigung des Bauteils bereitgestellt, also etwa ausgegeben und/oder in einem vorgegebenen Datenspeicher hinterlegt werden.
Falls die Abweichungen bzw. die Größe oder Länge der Abweichungsvektoren größer als die vorgegebene Toleranz sind, werden in einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens aus der numerischen Simulationsdeformation- bzw. Verformungsvektoren extrahiert, also ermittelt, welche jeweils die Bewegungsrichtung eines Punktes oder Bereichs bei der simulierten Bauteilverformung von der Anfangsgeometrie zu der simulierten Endgeometrie, also bei der simulierten Fertigung angeben. Erfindungsgemäß werden dabei die experimentell, also anhand der Endgeometrie des tatsächlich gefertigten Bauteilkandidaten ermittelten Abweichungsvektoren jeweils in Richtung des Verformungsvektors an dem jeweiligen Punkt bestimmt. Mit anderen Worten können die Abweichungsvektoren also nicht nur durch ihre Größe oder Länge bzw. ihren Betrag das Ausmaß der lokalen Bauteilverformung angeben, sondern durch ihre Richtung auch den Ablauf oder die Struktur zumindest der simulierten Bauteilverformung kennzeichnen.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird basierend auf den so ermittelten Abweichungsvektoren automatisch eine angepasste bzw. verbesserte Anfangsgeometrie generiert. Diese angepasste Anfangsgeometrie kann also gemäß den Abweichungsvektoren modifiziert sein, um die Abweichungen zu kompensieren, also eine Reduzierung der sich aus der ursprünglichen Anfangsgeometrie ergebenden Abweichungen zu erreichen und somit ein genaueres Erreichen der vorgegebenen Sollgeometrie zu ermöglichen. Die angepasste Anfangsgeometrie kann beispielsweise durch zu den Abweichungsvektoren korrespondierende Veränderungen der bisherigen, also zuletzt bzw. zum Fertigen des aktuellen Bauteilkandidaten verwendeten Anfangsgeometrie generiert werden. Gemäß dieser angepassten Anfangsgeometrie kann dann das Bauteil bzw. ein neuer Bauteilkandidat gefertigt werden.
In herkömmlichen Ansätzen können Vektoren zum Beschreiben entsprechender Abweichungen jeweils lokal senkrecht zu der Oberfläche der Sollgeometrie berechnet werden. Solche Vektoren können damit jedoch keinerlei Informationen über die lokale Bewegungs- oder Verformungsrichtung während der Bauteilverformung, welche von dem physikalischen Bauteil- oder Materialverhalten abhängig ist, angeben.
In der Praxis kann es während der Fertigung, beispielsweise durch thermische Einflüsse, physikalische Einflüsse, gravitative Einflüsse, Reibungseinflüsse und/oder dergleichen mehr, zu vielfältigen, auch komplexeren, also nicht strikt lokal senkrecht zur Oberfläche gerichteten Bewegungen oder Verformungen, gegebenenfalls auch in mehreren Phasen kommen. Diese können sich überlagern oder überlappen, sodass sie letztlich als eine einzige Deformation oder Verzerrung erscheinen.
Um diese Deformationen oder Verzerrungen, also letztlich die Bauteilverformung zu kompensieren, kann gemäß einer der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis die Kenntnis der jeweiligen physikalischen Quelle der Verzerrung bzw. der verzerrten Punkte oder Positionen auf der Oberfläche der Endgeometrie nützlich sein. Mit anderen Worten kann es also nützlich sein, zu ermitteln oder zu wissen, in welche Richtung ein bestimmter Punkt oder Bereich der Anfangsgeometrie sich während der Bauteilverformung bewegt bzw. bewegt hat, um an der entsprechenden Stelle der - tatsächlichen oder simulierten - Endgeometrie anzukommen. Da dies in der Praxis, also etwa durch Beobachtung eines realen Bauteilrohlings während der Fertigung, unmöglich oder enorm aufwendig sein kann, werden hier die entsprechenden Verformungsvektoren aus der numerischen Simulation verwendet. Es hat sich dabei herausgestellt, dass auch ungenaue Simulationen das Extrahieren oder Ermitteln zumindest der ungefähren Richtung der lokalen Bauteilverformung ermöglichen. Da die numerische Simulation zum Einsparen von Fertigungsaufwand für mehrere oder eine Vielzahl von Bauteilrohlingen und Bauteilkandidaten ohnehin durchgeführt wird, sind die entsprechenden Verformungsvektoren hier besonders aufwandsarm verfügbar bzw. ermittelbar. Durch die hier vorgeschlagene Verwendung der Richtung der simulierten Verformungsvektoren als Richtung der Abweichungsvektoren an der jeweiligen Stelle können die Abweichungsvektoren besonders genau und vollständig angeben, in welcher Richtung und in welchem Umfang die entsprechenden Punkte oder Bereiche des Anfangsmodells zum Kompensieren der Abweichungen zu der Sollgeometrie angepasst werden müssen.
Durch die hier vorgeschlagene Bestimmung der Abweichungsvektoren kann deren Richtung zumindest näherungsweise der der auch bei der realen Bauteilverformung aufgrund der zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen gegebenen Verformungs- oder Bewegungsrichtung entsprechen. Damit kann das Anpassen der Anfangsgeometrie gemäß den so ermittelten Abweichungsvektoren zu einer besonders präzisen Analyse bzw. letztendlich zu einer besonders effektiven und effizienten Kompensierung der Abweichungen führen. Die vorliegende Erfindung schafft somit eine im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen effizientere und präzisere Methode zur Bestimmung der Abweichungsvektoren zwischen End- und Sollgeometrie mithilfe der korrespondierenden Deformationsvektoren aus mindestens einer numerischen Simulation. Dadurch kann zum einen Berechnungszeit und Berechnungsaufwand für weitere Simulationen eingespart werden. Zum anderen kann so die oder eine letztendlich zum Erreichen der vorgegebenen Sollgeometrie geeignete Anfangsgeometrie mit weniger Experimenten, also weniger tatsächlich gefertigten Bauteilkandidaten bestimmt werden. Beispielsweise können so experimentelle Anfertigungen von Bauteilkandidaten zum Kalibrieren von Materialmodellen für die numerische Simulation eingespart oder reduziert werden.
Die vorliegende Erfindung kann somit eine präzisere Fertigung bzw. das Einhalten geringerer Toleranzen mit reduziertem bzw. besonders geringem Gesamtaufwand ermöglichen. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Fertigung komplexerer Bauteile besonders einfach, also beispielsweise ohne Investitionen zusätzlicher Zeit und Ressourcen für ein detailliertes Verständnis der bei der Bauteilfertigung ablaufenden physikalischen Prozesse und ein entsprechend aufwändiges Erstellen oder Anpassen des Modells für die numerische Simulation möglich, insbesondere auch für weniger spezialisiertes oder weniger hochgradig geschultes Personal.
Die vorliegende Erfindung kann dabei prinzipiell für jegliche Produktionsverfahren oder Herstellungstechniken angewendet werden, bei welchen das Problem der dimensionalen Genauigkeit, also der Einhaltung von vorgegebenen Größen- und Formtoleranzen aufgrund thermisch und/oder mechanisch induzierter dimensionaler Veränderungen während der Fertigung auftritt, wie beispielsweise 3D-Druckverfahren, Formverfahren, Gießverfahren, Sinterverfahren und/oder dergleichen mehr.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zum Generieren der angepassten Ausgangsgeometrie die ermittelten Abweichungsvektoren zu den aus der numerischen Simulation ermittelten Verformungsvektoren addiert. Da die Verformungsvektoren die simulierte Bauteilverformung während der Fertigung beschreiben, und die vorgegebene Sollgeometrie unverändert bleibt, ergibt sich damit eine gemäß den ermittelten Abweichungen der realen Endgeometrie von der Sollgeometrie modifizierte simulierte Bauteilverformung und damit eine entsprechend angepasste Ausgangsgeometrie. Diese kann so besonders einfach und aufwandsarm generiert werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden als Eingangsdaten für das Modell bzw. für die numerische Simulation ein für das Bauteil vorgesehenes Material bzw. dessen Materialzusammensetzung, vorgegebene, also beispielsweise aufgrund des vorgegebenen Materials und/oder des vorgesehenen Fertigungsprozesses bekannte Eigenschaften des Bauteilrohlings und vorgegebene Fertigungsparameter für die Fertigung des Bauteilrohlings oder Grünlings und/oder für das fertige Bauteil bzw. den fertigen Bauteilkandidaten erfasst. Die Fertigungsparameter können beispielsweise sein oder angeben, ob und gegebenenfalls welche thermischen und/oder mechanischen Fertigungsschritte vorgesehen sind, welche Temperatur bzw. welcher Druck dabei auftritt, für welche Einwirk- oder Anwendungszeit dies der Fall ist und/oder dergleichen mehr. Das Modell für die numerische Simulation kann also entsprechende Funktionen oder Module oder Teilmodelle, insbesondere ein Materialmodell, welches das materialabhängige Verhalten während der Fertigung beschreibt bzw. modelliert, umfassen. Entsprechende Parameterwerte können dann gemäß den erfassten Eingangsdaten eingestellt oder ausgewählt werden. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann, da die hier verwendeten Eingangsdaten typischerweise ohnehin vorliegen, die numerische Simulation auf besonders einfache Weise besonders genau durchgeführt werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird nach dem Fertigen des jeweiligen Bauteilkandidaten jeweils überprüft, ob dessen Endgeometrie überall größer oder überall kleiner ist als die Sollgeometrie. Nur wenn dies der Fall ist, wird dann eine Kalibration eines für die numerische Simulation verwendeten Materialmodells, welches das materialabhängige Verhalten während der Fertigung, insbesondere eine Schwindung unter dem jeweils vorgesehenen Fertigungsprozess oder Fertigungsverfahren, beschreibt bzw. modelliert, insbesondere automatisch, entsprechend zur Kompensation des Größenunterschieds angepasst. Wenn die Endgeometrie überall größer ist als die Sollgeometrie kann die Endgeometrie eine vollständige Einhüllung der Sollgeometrie bilden. Bei einer Überlagerung der Endgeometrie und der Sollgeometrie kann dann die Endgeometrie also vollständig, das heiß an jedem Punkt außerhalb der Sollgeometrie liegen. Umgekehrt kann dann, wenn die Endgeometrie überall kleiner ist als die Sollgeometrie, die Sollgeometrie eine vollständige Einhüllende der Endgeometrie bilden. Damit kann die Endgeometrie dann bei einer Überlagerung also vollständig, das heißt an jedem Punkt innerhalb der Sollgeometrie liegen. Solche generellen oder konsistenten Größenunterschiede, also Abweichungen, bei denen die Oberflächen der End- und Sollgeometrien bei entsprechender Überlagerung keine Schnittpunkte aufweisen, können besonders einfach durch einen entsprechenden Kalibrierungsterm oder Kalibrierungsfaktor reduziert oder ausgeglichen, also kompensiert werden. Durch die hier vorgeschlagene entsprechende Überprüfung und Anpassung kann somit auf besonders einfache Weise ein genaueres Erreichen der Sollgeometrie erreicht werden. Zu solchen Situationen kann es beispielsweise bei Veränderungen von Fertigungsbedingungen, Materialeigenschaften und/oder dergleichen mehr kommen, die beispielsweise zu einer geringeren oder größeren Schwindung oder zu einem geringeren oder größeren Anschwellen des Bauteilrohlings während der Fertigung führen. Entsprechende Verhaltensweisen oder Abläufe während der Fertigung, die zu im Vergleich zu der Sollgeometrie überall größerer oder kleinerer Endgeometrie führen, können oftmals durch nichtlineare Effekte, wie etwa Viskositätsveränderungen, Reibung und/oder dergleichen mehr verursacht werden, die nicht ohne Weiteres modelliert bzw. mit vertretbarem Aufwand simuliert werden können. Vorliegend können solche Effekte datenbasiert und damit besonders einfach und aufwandsarm, beispielsweise ohne spezielle praktische Experimente, durch entsprechende Rekalibrierung des Materialmodells in der Simulation berücksichtigt werden.
In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Anpassen der Kalibration des Materialmodells mit mittels eines globalen linearen Kalibrations- bzw. Skalierungsfaktors durchgeführt. Ein solcher einfacher linearer Skalierungsfaktor kann also beispielsweise in das Materialmodell eingefügt werden oder es kann ein Wert eines solchen bereits in dem Materialmodell enthaltenen Skalierungsfaktors, insbesondere automatisch, entsprechend angepasst werden. Wenn die Endgeometrie überall größer als die Sollgeometrie ist, kann beispielsweise ein größerer Skalierungsfaktor, insbesondere ein Skalierungsfaktor > 1, verwendet werden, während bei einer im Vergleich zu der Sollgeometrie überall kleineren Endgeometrie beispielsweise ein kleinerer Skalierungsfaktor, insbesondere ein Skalierungsfaktor < 1, verwendet werden kann. Damit können entsprechende einheitliche Abweichungen besonders einfach und aufwandsarm kompensiert und insbesondere entsprechende Experimente und ein sehr viel aufwändigeres physikalische genaueres Modellieren der bei der Fertigung auftretenden Effekte eingespart werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren so lange zumindest teilweise iterativ wiederholt durchgeführt, bis die aktuelle, also zuletzt ermittelte Abweichung der Endgeometrie des aktuellen, also zuletzt gefertigten Bauteilkandidaten von der vorgegebenen Sollgeometrie höchstens einer vorgegebenen Toleranz, also höchstens einer vorgegebenen zulässigen Maximalabweichung entspricht. Dabei wird in jedem Iterationsschritt, also bei jedem zumindest teilweisen Durchlauf des Verfahrens die angepasste Anfangsgeometrie aus dem vorherigen Iterationsschritt als Anfangsgeometrie für die Fertigung des nächsten Bauteilkandidaten verwendet. Dies kann so lange wiederholt werden, bis ein entsprechendes vorgegebenes Toleranzkriterium durch den zuletzt gefertigten Bauteilkandidaten erfüllt wird. Es können hier also jeweils eine neue Instanz des Bauteils, also ein neuer Bauteilkandidat unter Verwendung der angepassten auf Anfangsgeometrie aus dem vorherigen Iterationsschritt gefertigt werden und anhand daran verbleibende Abweichungen der resultierenden verbesserten Endgeometrie des aktuellen Bauteilkandidaten von der Sollgeometrie ermittelt werden. Damit kann dann die nächste angepasste Anfangsgeometrie ermittelt werden, die im nächsten Iterationsschritt des Verfahrens verwendet werden kann, falls die zuletzt erreichte Endgeometrie um mehr als die vorgegebene Toleranz von der vorgegebenen Sollgeometrie abweicht.
Alternativ kann das Verfahren gegebenenfalls auch dann abgebrochen werden, wenn zwar die vorgegebene Toleranz bzw. das entsprechende Toleranzkriterium nicht erfüllt ist, aber eine weitere vorgegebene Abbruchbedingung erfüllt ist. Eine solche weitere Abbruchbedingung kann beispielsweise sein, dass mit oder nach einem oder mehr Iterationsschritten keine weitere Verbesserung erzielt werden kann, die in einem Iterationsschritt erzielte Verbesserung kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, eine vorgegebene Anzahl von Iterationsschritten durchgeführt wurde, eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen oder ausgeschöpft wurde und/oder dergleichen mehr. Durch die hier vorgeschlagene zumindest teilweise iterativ Ausgestaltung des Verfahrens kann auf besonders einfache und unkomplizierte Weise eine optimierte Anfangsgeometrie aufgefunden werden. Dabei ist der Aufwand durch entsprechendes Anpassen der Abbruchbedingungen besonders einfach und flexibel einstellbar.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die numerische Simulation iterativ mehrfach durchgeführt, bis eine vorgegebene Abbruchbedingung erfüllt ist. Mit anderen Worten können also entsprechend mehrere numerische Simulationen durchgeführt werden, die beispielsweise jeweils von einer variierten Anfangsgeometrie ausgehen können. Die Anfangsgeometrien können dabei, insbesondere automatisch, in Abhängigkeit von anhand eines vorherigen Simulationsergebnisse des ermittelten Abweichungen zwischen simulierter Endgeometrie und der vorgegebenen Sollgeometrie variiert, also angepasst werden. Dabei können ein oder mehr vorgegebene Randbedingungen für zulässige Variationen der Anfangsgeometrie in berücksichtigt werden, wie beispielsweise eine Fertigungsgenauigkeit einer Einrichtung oder Anlage zum Fertigen des realen Bauteilrohlings, eine damit erzielbare minimale und/oder maximale Detailgröße, ein maximal für den Bauteilrohling zur Verfügung stehendes Fertigungsvolumen und/oder dergleichen mehr. Solche iterativen numerischen Simulationen können im Vergleich zu der Fertigung entsprechend variierter Bauteilrohlinge besonders aufwandsarm und kostengünstig möglich sein. Damit kann die hier vorgeschlagene Ausgestaltung auf besonders einfache und effektive Weise ein besonders effizientes Auffinden einer zum Erreichen der jeweiligen vorgegebenen Sollgeometrie geeigneten Anfangsgeometrie ermöglichen. Die vorgegebene Abbruchbedingung kann beispielsweise ein Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen Toleranz für die Abweichung zwischen Endgeometrie und Sollgeometrie und/oder einer Veränderung oder Verbesserung von Iterationsschritt zu Iterationsschritt, ein Durchführen einer vorgegebenen Anzahl von Iterationen, also Simulationen, ein Verstreichen oder Ausschöpfen eines vorgegebenen Zeitaufwands und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen. Durch Vorgeben der Abbruchbedingung kann ein für die iterativen numerischen Simulationen anfallender Aufwand besonders einfach und flexibel eingestellt bzw. begrenzt werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zum Ermitteln der Abweichungsvektoren zwischen der Ist- bzw. Endgeometrie des gefertigten Bauteilkandidaten und der Sollgeometrie ein digitales Abbild oder Modell des jeweiligen Bauteilkandidaten erzeugt. Dieses wird dann mit der Sollgeometrie, also einem entsprechenden digitalen Modell, das die Sollgeometrie aufweist, so in Überdeckung gebracht, also so der Sollgeometrie überlagert oder an der Sollgeometrie ausgerichtet, dass eine durchschnittliche Größe aller Abweichungen und/oder die Varianz aller Abweichungen über die Gesamtoberfläche des digitalen Abbild bzw. der Sollgeometrie hinweg minimiert ist bzw. minimiert wird. Dadurch können entsprechende Anpassungen der Anfangsgeometrie möglichst klein und/oder möglichst gleichmäßig ausfallen. Dies wiederum kann zu einem besonders genauen und zuverlässigen Erreichen der Sollgeometrie mit der angepassten Anfangsgeometrie führen, da sich beispielsweise nichtlineare Effekte oder Fehler des Modells bzw. der numerischen Simulation gegebenenfalls weniger stark auswirken können als bei größeren oder unterschiedlicheren Anpassungen der Anfangsgeometrie.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zum Ermitteln der Abweichungsvektoren zwischen der Ist- bzw. Endgeometrie des gefertigten Bauteilkandidaten und der Sollgeometrie - analog wie auch an anderer Stelle beschriebenen - ein digitales Abbild oder Modell des jeweiligen Bauteilkandidaten erzeugt und dieses mit der Sollgeometrie, also dem entsprechenden digitalen Modell, das die Sollgeometrie aufweist, in Überdeckung gebracht, also der Sollgeometrie überlagert oder an der Sollgeometrie ausgerichtet, sodass ein vorgegebener Ankerpunkt der Sollgeometrie exakt mit dem entsprechenden Punkt der Endgeometrie zusammenfällt und/oder sodass ein exakt in Überdeckung gebrachter Bereich oder Anteil von Soll- und Endgeometrien bzw. der entsprechenden Modelle maximiert ist bzw. maximiert wird. Durch die Verwendung eines vorgegebenen Ankerpunktes für die Überdeckung können die Abweichungsvektoren bzw. deren Veränderungen von Iterationsschritt zu Iterationsschritt besonders einfach und konsistent ermittelt werden. Damit können entsprechende Effekte oder Veränderungen besonders anschaulich verständlich und nachvollziehbar sein. Durch die Maximierung des exakt in Überdeckung gebrachten Bereiches, also beispielsweise die Ausrichtung von Soll- und Endgeometrie bzw. der sprechenden Modelle entlang der größten identischen Fläche oder dergleichen, kann gegebenenfalls die Fläche, über welche hinweg Abweichungen ermittelt, also entsprechende Anpassungen der Anfangsgeometrie durchgeführt werden müssen, minimiert werden. Dies kann ein besonders aufwandsarmes Ermitteln der Abweichungsvektoren und entsprechendes Anpassen der Anfangsgeometrie ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Assistenzsystem zum Unterstützen einer Bauteilfertigung, bei der es zu einer thermisch und/oder mechanisch induzierten Bauteilverformung kommt, die also einen entsprechenden Fertigungsschritt umfasst. Das erfindungsgemäße Assistenzsystem weist eine Schnittstelle zum Erfassen von Eingangsdaten für die Bauteilfertigung, eine Prozesseinrichtung, also etwa einen Mikrochip, einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller oder dergleichen, und einen damit gekoppelten computerlesbaren Datenspeicher auf. Das erfindungsgemäße Assistenzsystem ist dabei zum, insbesondere automatischen oder teilautomatischen, Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Dazu kann beispielsweise in dem computerlesbaren Datenspeicher ein entsprechendes Betriebs- oder Computerprogramm gespeichert sein. Beispielsweise als Teil dieses Programms oder zusätzlich kann in dem Datenspeicher das vorgegebene Modell für die numerische Simulation gespeichert sein. Das Betriebs- oder Computerprogramm kann die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Verfahrensschritte, Maßnahmen oder Abläufe oder entsprechende Steueranweisungen codieren oder implementieren und mittels der Prozesseinrichtung ausführbar sein, um das Ausführen des entsprechenden Verfahrens zu bewirken. Weiter kann das erfindungsgemäße Assistenzsystem beispielsweise dazu eingerichtet sein, die letztendlich ermittelte Anfangsgeometrie bzw. angepasste Anfangsgeometrie über die oder eine weitere Schnittstelle auszugeben und/oder in dem Datenspeicher abzulegen.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 einen beispielhaften schematischen Ablaufplan für ein Verfahren zum Unterstützen einer Bauteilfertigung;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Bestimmung von Abweichungsvektoren im Rahmen des Verfahrens, die eine Abweichung von einer Sollgeometrie angeben;
3 eine schematische Darstellung einer Situation mit von der Sollgeometrie abweichender Endgeometrie als Basis für eine Skalierungskorrektur; und
4 eine schematische Darstellung einer Situation mit von der Sollgeometrie abweichender Endgeometrie ohne Skalierungskorrektur.

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen beispielhaften schematischen Ablaufplan 1 für ein Verfahren zum Unterstützen einer Bauteilfertigung, bei der es zu einer durch das Fertigungsverfahren und Eigenschaften des verwendeten Materials bedingten Bauteilverformung kommt. Ein solches Fertigungsverfahren kann beispielhaft ein pulvermetallurgisches Verfahren, wie etwa MBJ mit einem anschließenden Sintern oder dergleichen sein. Darin wird, etwa in einem 3D-Druckverfahren ein Bauteilrohling oder Grünling gefertigt, der dann vor dem Sintern eine Anfangsgeometrie aufweist. Durch das Sintern kommt es dann zu der Bauteilverformung, sodass sich die Anfangsgeometrie des Bauteilrohlings oder Grünlings dabei zu einer finalen Ist- oder Endgeometrie des fertigen Bauteils verformt, also verändert. Wird eine bestimmte Endgeometrie angestrebt, so muss diese Verformung durch eine entsprechend angepasste Anfangsgeometrie kompensiert werden.
Dies stellt im Allgemeinen eine Herausforderung dar, wenn die Endgeometrie mit einer gewissen Genauigkeit erreicht werden soll. Im Allgemeinen kann die Kompensation der Verformungen bzw. Deformationen durch iterative experimentelle Fertigung mehrerer Bauteile unter Verwendung unterschiedlicher Anfangsgeometrien oder computergestützt durch Simulationen ermöglicht bzw. bestimmt werden. Der experimentelle Ansatz, in dem eine Vielzahl von realen Bauteilkandidaten hergestellt wird, erfordert oftmals eine Vielzahl von Herstellungs- und Überprüfungsschleifen, was ein zeitaufwendiger und kostenintensiver Prozess sein kann. Simulationsbasierte Ansätze können prinzipiell weniger materialaufwändig sein und weniger tatsächliche Fertigungszeit benötigen und damit potenziell kostengünstiger sein. Tatsächlich ist jedoch auch die rein simulative Bestimmung geeigneter Kompensationen, insbesondere für relativ enge Toleranzanforderungen ein anspruchsvolles und bisher noch nicht vollständig gelöstes Problem. So können beispielsweise in Fertigungsverfahren wie MBJ oder dergleichen eine Vielzahl verschiedener Fertigungs- und Prozessparameter, wie etwa eine Art und/oder Verwendung eines Pulvers, Betriebsparameter der Fertigungsanlage, also insbesondere eines 3D-Druckers, eine Position und Anordnung der zu fertigenden Teile in der Fertigungsanlage bzw. einem Pulverbett und/oder dergleichen mehr, die finalen Produktdimensionen, also die Endgeometrie beeinflussen, wobei diese Parameter bzw. deren Effekte nicht ohne Weiteres in entsprechenden Simulationsmodellen modelliert bzw. abgebildet werden können.
Um dennoch eine effiziente, also zeitsparende, aufwandsarme und kostengünstige Fertigung von Bauteilen mit entsprechenden Fertigungsverfahren unter Einhaltung möglichst enger Toleranzen hinsichtlich vorgegebener Dimensionen des fertigen Bauteils zu ermöglichen, wird vorliegend ein systematischer Ansatz vorgeschlagen. Dieser nutzt mehrere Schritte aus, um eine effektive, effiziente und genaue Kompensierung von bei der Bauteilfertigung auftretenden Verformungen, insbesondere sinterbasiert hergestellter Bauteile zu ermöglichen. Darin wird ein Hauptteil der Bauteilverformung zunächst simulationsbasiert kompensiert und anschließend eine experimentelle Methode, also eine tatsächliche Fertigung eines realen Bauteilkandidaten verwendet, um die restliche Kompensierung zum Erreichen oder Einhalten vorgegebener Toleranzen zu erreichen bzw. zu bestimmen.
Das entsprechende Verfahren kann in einem Verfahrensschritt S1 gestartet werden. Hier können beispielsweise Materialien, eine Fertigungsanlage, ein Assistenzsystem zum Ermitteln der Kompensation bzw. der jeweils geeigneten Anfangsgeometrie, ein Modell für die numerische Simulation von Bauteilverformungen während der Fertigung und/oder dergleichen mehr bereitgestellt werden.
In einem Verfahrensschritt S2 können Eingangsdaten erfasst werden, wie etwa ein zu verwendendes Material, eine vorgegebene Sollgeometrie 2 (siehe 2) Eigenschaften eines Bauteilrohlings oder Grünlings, Sinterparameter und/oder sonstige Fertigungs- oder Prozessparameter, die für die Fertigung des Bauteils verwendet werden sollen, und/oder dergleichen mehr.
In einem Verfahrensschritt S3 können - wie hier durch einen entsprechenden schleifenförmigen Pfad bzw. Pfeil angedeutet - iterativ mehrere numerische Simulationen durchgeführt werden, um eine zum Erreichen der vorgegebenen Sollgeometrie 2 geeignete Kompensation, also eine entsprechende geeignete Anfangsgeometrie zu ermitteln. Bei dieser durch numerische Simulation ermittelten Anfangsgeometrie kann es sich beispielsweise um einen Anfangsgeometriekandidaten handeln, der beispielsweise bis zum Erreichen einer vorgegebenen Abbruchbedingung, bis zum Erreichen einer separat für die Simulation vorgegebenen Toleranz, bis zum Kompensieren eines Großteils der Bauteilverformung und/oder dergleichen mehr ermittelt bzw. optimiert werden kann. Diese simulativ ermittelte Anfangsgeometrie bzw. dieser Anfangsgeometriekandidat kann also beispielsweise gemäß der numerischen Simulation zum Erreichen der vorgegebenen Sollgeometrie 2 zumindest in einem gewissen Maße oder bis zu einer gewissen Güte oder Qualität geeignet sein, ist aber noch nicht notwendigerweise tatsächlich zum Erreichen der vorgegebenen Sollgeometrie 2 bei der realen Bauteilfertigung geeignet.
Gemäß, also unter Verwendung der im Verfahrensschritt S3 ermittelten Anfangsgeometrie wird in einem Verfahrensschritt S4 ein Bauteilrohling oder Grünling gefertigt, der dann zu einem fertigen Bauteilkandidaten, der idealerweise bereits die vorgegebene Sollgeometrie 2 aufweist, weiterverarbeitet wird. Es wird dann die tatsächlich gegebene End- bzw. Istgeometrie 3 dieses Bauteilkandidaten ermittelt und in einem Verfahrensschritt S5 mit der vorgegebenen Sollgeometrie 2 verglichen.
Ergibt sich dabei, dass die Istgeometrie 3 der vorgegebenen Sollgeometrie 2 bereits zumindest bis auf vorgegebene zulässige Toleranzen entspricht, so kann das Verfahren in einem Verfahrensschritt S6 beendet werden.
Andernfalls können in einem Verfahrensschritt S7 Abweichungen zwischen der tatsächlichen Istgeometrie 3 des gefertigten Bauteilkandidaten und der vorgegebenen Sollgeometrie 2 bestimmt werden. Dazu können aus der im Verfahrensschritt S3 durchgeführten numerischen Simulation Deformations- oder Verformungsvektoren 4 (siehe 2) ermittelt werden. Diese Verformungsvektoren 4 beschreiben dabei eine gemäß der numerischen Simulation auftretende Bewegung jeweils eines Punktes oder Bereiches von der simulierten Anfangsgeometrie in die sich am Ende der Simulation ergebende simulierte Endgeometrie. Die im Verfahrensschritt S7 ermittelte Abweichung zwischen der realen Istgeometrie 3 des gefertigten Bauteilkandidaten und der Sollgeometrie 2 wird dann durch entsprechende Abweichungsvektoren 5 (siehe 2) beschrieben, die jeweils in Richtung des Verformungsvektors 4 an dem jeweiligen Punkt oder Bereich der Sollgeometrie 2 weisen.
Gemäß der so ermittelten Abweichung kann dann die Anfangsgeometrie entsprechend angepasst werden und mit dieser angepassten Anfangsgeometrie ein neuer Bauteilkandidat gefertigt werden. Auch dieser kann dann mit der Sollgeometrie 2 verglichen werden. Diese Schleife kann so lange durchlaufen werden, bis die Sollgeometrie 2 erreicht ist bzw. entsprechende vorgegebene Toleranzen eingehalten oder unterschritten werden.
Jeweils wenn im Verfahrensschritt S7 die Abweichung ermittelt wurde, kann in einem Verfahrensschritt S8 überprüft werden, ob diese Abweichung überall die gleiche Richtung bzw. das gleiche Vorzeichen aufweist, ob also die Istgeometrie 3 überall größer oder überall kleiner ist als die Sollgeometrie 2. Ist dies der Fall, so kann in einem Verfahrensschritt S9 ein entsprechendes in der numerischen Simulation verwendetes Materialmodell bzw. dessen Kalibrierung mit einem entsprechenden bzw. entsprechend angepassten globalen linearen Skalierungsfaktors modifiziert werden. Daraufhin kann dann für die jeweils gemäß den aktuellen bzw. zuletzt ermittelten Abweichungen angepasste Anfangsgeometrie unter Verwendung des so angepassten oder modifizierten Materialmodells eine neue numerische Simulation durchgeführt werden. Aus dieser können dann aktualisierte Verformungsvektoren 4 ermittelt werden, die im nächsten Durchlauf zum Beschreiben der Abweichungen des als nächstes gefertigten Bauteilkandidaten, also zum Erzeugen der entsprechenden Abweichungsvektoren 5 verwendet werden können.
Zur weiteren Veranschaulichung zeigt 2 eine beispielhafte schematische Darstellung einer Kontur einer vorgegebenen Sollgeometrie 2 und einer Kontur einer Istgeometrie 3 eines real gefertigten Bauteilkandidaten. Repräsentativ für deren gesamte Oberflächen sind hier beispielhaft für einige Stellen die aus der numerischen Simulation ermittelten Verformungsvektoren 4 und in jeweiliger Vergrößerung die an der jeweiligen Stelle in dieselbe Richtung wie der dortige bzw. lokale Verformungsvektor 4 weisenden Abweichungsvektoren 5 zum Beschreiben der lokalen Abweichung zwischen der Istgeometrie 3 und der Sollgeometrie 2 dargestellt. Es ist hier erkennbar, dass die Verformungsvektoren 4 lokalen nicht senkrecht auf der Sollgeometrie 2 bzw. deren Oberfläche stehen müssen. Vielmehr kann der jeweilige Winkel zwischen einem bestimmten Verformungsvektor 4 und der dortigen lokalen Oberfläche der Sollgeometrie 2 jeweils durch die dortige simulierte Bewegung des entsprechenden Punktes oder Bereiches der Anfangsgeometrie im Rahmen der simulierten Fertigung gegeben.
Zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrensschritts S 8 zeigt 3 eine beispielhafte schematische Darstellung der Sollgeometrie 2 und einer Istgeometrie 3. In dem hier dargestellten Beispiel ist die Istgeometrie 3 überall kleiner als die Sollgeometrie 2, liegt also überall innerhalb der Sollgeometrie 2. Damit ist eine entsprechende Kalibration des Materialmodells durch den genannten Skalierungsfaktor entsprechend einfach möglich. Die Größe des Skalierungsfaktors kann beispielsweise durch die durchschnittliche Größe der Abweichung der Istgeometrie 3 von der Sollgeometrie 2 oder durch ein Größenverhältnis zwischen der Sollgeometrie 2 und der Istgeometrie 3 bestimmt werden.
Als Gegenbeispiel zeigt 4 eine beispielhafte schematische Darstellung der Sollgeometrie 2 und einer anderen Istgeometrie 3. In diesem Beispiel liegt die Istgeometrie 3 teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Sollgeometrie 2, ist also weder überall größer noch überall kleiner als die Sollgeometrie 2. Damit ist eine sinnvolle Kalibrierung des Materialmodells mittels eines einfachen linearen Skalierungsfaktors nicht ohne Weiteres möglich, sodass dementsprechend in dieser Situation der Verfahrensschritt S9 nicht durchgeführt würde.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie experimentelle und simulative Methoden kombiniert werden können, um eine hybride experimentell-simulative Kompensation für thermomechanisch induzierte Deformationen bei der Bauteilfertigung mittels eines automatischen systematischen Verfahrens zur Deformationskompensation zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Ablaufplan
2: Sollgeometrie
3: Istgeometrie
4: Verformungsvektor
5: Abweichungsvektoren
S1-S9: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren (1) zum Unterstützen einer Bauteilfertigung mit einer thermisch und/oder mechanisch induzierten Bauteilverformung, wobei - eine vorgegebene Sollgeometrie (2) erfasst wird, die das fertige Bauteil aufweisen soll, - mittels eines vorgegebenen Modells wenigstens eine numerische Simulation zum Ermitteln einer Anfangsgeometrie für einen Bauteilrohling zur zumindest teilweisen Kompensierung der Bauteilverformung zum Erreichen der Sollgeometrie (2) durchgeführt wird, - ein Bauteilkandidat mit der numerisch ermittelten Anfangsgeometrie gefertigt wird, - eine sich nach der Fertigung ergebende Endgeometrie (3) des gefertigten Bauteilkandidaten mit der Sollgeometrie (2) verglichen wird und bei vorhandenen Abweichungen entsprechende Abweichungsvektoren (5), welche diese Abweichungen beschreiben, ermittelt werden, wobei, falls die Abweichungen größer als eine vorgegebene Toleranz sind, - aus der numerischen Simulation Verformungsvektoren (4) ermittelt werden, welche jeweils die Bewegungsrichtung eines Punktes bei der Bauteilverformung angeben, - die Abweichungsvektoren (5) jeweils in Richtung des Verformungsvektors (4) an dem jeweiligen Punkt bestimmt werden, und - basierend auf den so ermittelten Abweichungsvektoren (5) automatisch eine angepasste Anfangsgeometrie generiert wird.
Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Generieren der angepassten Ausgangsgeometrie die ermittelten Abweichungsvektoren (5) zu den aus der numerischen Simulation ermittelten Verformungsvektoren (4) addiert werden.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsdaten für die numerische Simulation ein für das Bauteil vorgesehenes Material, vorgegebene Eigenschaften des Bauteilrohlings und vorgegebene Fertigungsparameter erfasst werden.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Fertigen des Bauteilkandidaten überprüft wird, ob dessen Endgeometrie (3) überall größer oder überall kleiner als die Sollgeometrie (2) ist, und nur wenn dies der Fall ist, eine Kalibration eines für die numerische Simulation verwendeten Materialmodells, welches das materialabhängige Verhalten während der Fertigung, insbesondere eine Schwindung, modelliert, insbesondere automatisch, entsprechend zur Kompensation des Größenunterschieds angepasst wird.
Verfahren (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Kalibration des Materialmodells mittels eines globalen linearen Skalierungsfaktors durchgeführt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (1) so lange zumindest teilweise iterativ wiederholt durchgeführt wird, wobei in jedem Iterationsschritt die angepasste Anfangsgeometrie aus dem vorherigen Iterationsschritt als Anfangsgeometrie verwendet wird, bis die Abweichung der Endgeometrie (3) des aktuellen Bauteilkandidaten von der vorgegebenen Sollgeometrie (2) höchstens einer vorgegebenen Toleranz entspricht.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Simulation iterativ mehrfach durchgeführt wird, bis eine vorgegebene Abbruchbedingung erfüllt ist.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Abweichungsvektoren (5) ein digitales Abbild des Bauteilkandidaten erzeugt und dieses mit der Sollgeometrie (2) so in Überdeckung gebracht wird, dass eine durchschnittliche Größe aller Abweichungen und/oder die Varianz aller Abweichungen minimiert wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Abweichungsvektoren (5) ein digitales Abbild des Bauteilkandidaten erzeugt und dieses mit der Sollgeometrie (2) in Überdeckung gebracht, sodass ein vorgegebener Ankerpunkt der Sollgeometrie (2) exakt mit dem entsprechenden Punkt der Endgeometrie (3) zusammenfällt und/oder sodass ein exakt in Überdeckung gebrachter Bereich maximiert wird.
Assistenzsystem zum Unterstützen einer Bauteilfertigung mit einer thermisch und/oder mechanisch induzierten Bauteilverformung, aufweisend eine Schnittstelle zum Erfassen von Eingangsdaten für die Bauteilfertigung, eine Prozessoreinrichtung und einem damit gekoppelten computerlesbaren Datenspeicher, wobei das Assistenzsystem zum Ausführen eines Verfahrens (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.