Formnext: KI-basierte Prozessauslegung beim Laserauftragschweißen

Der Erfolg und die Effizienz der Bauteilfertigung mittels Laserauftragschweißen (LMD) ist stark von der Geometrie der Bauteile abhängig, da sie die Temperaturentwicklung im Prozess beeinflusst. Konstante Verfahrensparameter und somit der konstante Energieeintrag führt zu Abweichungen in der Dicke der aufgetragenen Lagen, weil sich mit der Temperatur auch das Schmelzbadvolumen verändert. Insbesondere bei komplexer Geometrie erfordert dies bisher eine zeitintensive Prozessentwicklung. Auf der Formnext ist das Fraunhofer ILT am Gemeinschaftsstand Halle 11, Stand D31 zu sehen.

KI lernt mit Daten aus einem LMD-Prozess

Max Gero Zimmermann vom Fraunhofer ILT trainiert daher ein KI-Modell, um die Zusammenhänge zwischen Laserleistung, Geometrie sowie weiteren bauteilabhängigen Einflussfaktoren und der Größe der Schmelzbadoberfläche zu lernen. „Zunächst trainieren wir das KI-Modell mit Daten aus einem LMD-Prozess mit konstanten Verfahrensparametern beim Aufbau einer Geometrie“, so Zimmermann. Das Modell soll schließlich die Vorhersage der erforderlichen Laserleistung für einen stabilen Prozess ermöglichen, ohne umfangreiche Experimente durchführen zu müssen, beispielsweise, wenn sich die Geometrie eines Bauteils ändert. „Der Aufwand für die Prozessentwicklung im LMD kann durch die Verwendung des KI-Modells erheblich reduziert werden.“ Das Modell soll zukünftig auch zur Vorhersage weiterer Verfahrensparameter, wie der Vorschubgeschwindigkeit, erweitert werden.

Additive Fertigung für die Luft- und Raumfahrt

Durch die kontinuierlichen Verbesserungen der letzten Jahre ist die Additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrt zu einer Schlüsseltechnologie für die Herstellung von Leichtbaukomponenten und -strukturen geworden. Funktionsfähige Bauteile lassen sich mit komplexen Geometrien und definierten aerodynamischen Eigenschaften innerhalb kürzester Zeit kosteneffizient fertigen.

Zudem können mithilfe von 3D-Druck schneller Prototypen erstellt, getestet und optimiert werden, was zu einer beschleunigten Innovationsrate führt. Dies wiederum verkürzt die Zeitspanne von der Konzeption bis zur Mission. „Gerade im schnell wachsenden Markt kommerzieller Weltraumanwendungen spielt die kostengünstige Produktion von Prototypen und Kleinserien eine entscheidende Rolle“, erklärt Simon Vervoort, Gruppenleiter Anwendungsentwicklung am Fraunhofer ILT. „Die kunden- und anwendungsspezifischen Anforderungen an Teile für die Luft- und Raumfahrt passen perfekt zu dem, was wir mit Additiver Fertigung herstellen können.“

Die Fraunhofer-Forschenden zeigen die Möglichkeiten der Additiven Fertigung in der Luft- und Raumfahrt anhand verschiedener Exponate. Dazu gehören LPBF-Raumfahrtkomponenten, die in Kooperation mit dem Space Team Aachen hergestellt wurden – unter anderem ein gewichtsoptimierter Drucktank, der zur Transpirationskühlung von Wiedereintrittskörpern im Projekt TRACE (TRAnspiration Cooling Experiment) eingesetzt wird. Als weiterer Demonstrator dient ein Gimbal zur Schubvektorsteuerung der Versuchsrakete ALYA.

Lesen Sie auch: Künstliche Intelligenz: Chancen, Herausforderungen und Auswirkungen