Das übergeordnete Ziel der Prozesssimulation ist es die grundlegenden physikalischen Vorgänge in der Lasermaterialbearbeitung mathematisch korrekt und konsistent abzubilden. Nach den Prinzipien der Massen-, Impuls- und Energieerhaltung wurde eine Simulationssoftware konzipiert und laufend weiterentwickelt, welche es ermöglicht, flexibel und aussagekräftig sämtliche laserbasierte Fertigungsprozesse nachzubilden. Daraus ergibt sich die einzigartige Gelegenheit auftretende Phänomene detailliert zu analysieren und ein grundlegendes Prozessverständnis aufzubauen. Dies bildet das Grundgerüst für eine wissensbasierte Prozessoptimierung individueller Verfahren, wie z.B.:

  • Laserstrahlschweißen

  • Laserstrahlbohren

  • Laserstrahlschneiden

  • Laserstrahlhartlöten

  • gepulster Laserstrahlabtrag mit beliebiger Pulsform und -dauer

  • selektives Laserschmelzen

  • Laser-Auftragsschweißen

  • Hochgeschwindigkeits-Auftragsschweißen

  • Elektronenstrahlschweißen

Quader mit Eindringloch des Laserstrahls; Form entspricht abgestumpftem Kegel (Grundfläche an Oberfläche des Quaders). Im Kegel fadenartige Strömungsmuster;

© TU Wien

Simulationsergebnis: Dampfkapillare und resultierende Schmelzbadbewegung beim Laserstrahlschweißen

Schematische Darstellungen von Phänomenen der Strahl-Stoff-Wechselwirkung; genauere Beschreibung folgt;

© TU Wien

Grundlegende physikalische Mechanismen bei der Simulation laserbasierter Fertigungsprozesse

Nach Aktivierung werden u. U. Daten an Dritte übermittelt. Datenschutzerklärung., öffnet in einem neuen Fenster

Spiking & pore formation during keyhole laser welding of aluminum

Nach Aktivierung werden u. U. Daten an Dritte übermittelt. Datenschutzerklärung., öffnet in einem neuen Fenster

Laser pulse ablation of Si wafer

Die Strahl-Stoff Wechselwirkung und die daraus resultierenden Effekte, wie z.B. Phasenumwandlungen und die strömungs- und thermodynamischen Vorgänge, werden mithilfe einer Software beschrieben, welche aufbauend auf einem Mehrphasen-Solver des Open Source CFD-Pakets OpenFOAM entstanden ist. Durch diese fundamentale Betrachtungsweise und der Integration in bestehende und validierte Modellierung durch Finite Volumen, können Prozesse auf sehr breitgefächerten Zeit- und Größenskalen untersucht werden, vom Femtosekundenpuls zu längeren Schweißprozessen im Dauerstrichbetrieb und vom einzelnen Pulverpartikel hin zu Bauteilskala in additiver Fertigung. Eine Kopplung mit der Diskrete-Elemente-Methode bietet zusätzliche Möglichkeiten zur Simulation der Dynamik einzelner Pulverpartikel, der Strahlausbreitung duch einzelne Photonenpakete und daraus resultierendem ray-tracing, und sogar Modellierung der Rekristallisierung im Erstarrungsprozess.

Die Forschungsgruppe Prozesssimulation gliedert sich, ähnlich dem Bereich Prozesstechnik, ein zwischen wissenschaftlicher Grundlagenforschung und angewandter Forschung. Dabei liegt der Fokus stets auf der fundamentalen physikalisch korrekten Beschreibung und dem daraus entstandenem Verständnis der komplexen Beziehung zwischen Prozessparametern und Bearbeitungsergebnissen, um daraus geeignete Optimierungsansätze abzuleiten. Dazu stellt die Forschungsgruppe sowohl das entwickelte Werkzeug, als auch das gesammelte Know-How zur Verfügung um Projekte und Kooperationen erfolgreich zu bearbeiten. Weiters kann je nach Bedarf der konkreten Problemstellung auf kommerzielle Software-Pakete wie Ansys und Abaqus zurückgegriffen werden.

Nach Aktivierung werden u. U. Daten an Dritte übermittelt. Datenschutzerklärung., öffnet in einem neuen Fenster

CFD simulation vs. experiment of LBW

Nach Aktivierung werden u. U. Daten an Dritte übermittelt. Datenschutzerklärung., öffnet in einem neuen Fenster

Simulation of laser photon packages with OpenFOAM (optical paths)

Weitere Beispielvideos finden Sie auf unserem YouTube-Kanal, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster.

Projekte

Dank der vielseitig anwendbaren Simulationssoftware reichen die Anwendungen von der Grundlagenforschung bis zur angewandten Forschung, welche wir gemeinsam mit verschiedenen Partnern durchführen. Weitere Details zu unserer Arbeit finden Sie auf der Unterseite Projekte.