Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laser-Prozesssimulation erstmals auch als App verfügbar

23.11.2015

Die Simulation von Prozessen bei der Lasermaterialbearbeitung ist in den letzten Jahren immer besser geworden. Die Software kann heute relativ gut voraussagen, was am Werkstück passiert. Leider ist sie hochkomplex und erfordert viel Rechenzeit. Durch eine clevere Vereinfachung können Experten vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT erstmals eine Simulationssoftware anbieten, die Prozesse in Echtzeit rechnet und auch auf Tablets oder Smartphones läuft. Mit der schnellen Software lassen sich teure Versuche einsparen und noch besser optimale Prozessparameter finden.

Eine verlässliche Simulation von Laserprozessen war bislang eine Sache für Experten. Mit ausgefeilten Software-Paketen und viel Zeit auf Computerclustern können sie inzwischen relativ verlässlich verschiedenste Prozesse simulieren. Für den Anwender in der Werkhalle ist das allerdings kaum geeignet. Dort behilft man sich beim Einrichten neuer Prozesse eher mit Technologietabellen der Systemanbieter.


Reduzierte Bohrsimulation mit Strahlverteilung. Die rote Linie zeigt die gute Übereinstimmung mit dem experimentellen Ergebnis.

© Fraunhofer ILT, Aachen


In der neuen Lizenzsoftware »AsymptoticDrill« lassen sich auch bei einem vereinfachten Modell viele Parameter mit Schiebereglern verändern.

© Fraunhofer ILT, Aachen

Neue Software reduziert Rechenaufwand dramatisch

Die Simulations-Experten am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT haben eine neue Software entwickelt, die deutlich weniger Ressourcen benötigt und deshalb sogar auf Tablets und Smartphones läuft. Dabei können einzelne Parameter mit Schiebern verändert werden – das Simulationsergebnis erscheint daneben und verändert sich in Echtzeit.

Möglich wird das durch eine anwendungsspezifische Reduktion der Rechenmodelle. Dabei werden abhängig von der jeweiligen Applikation bestimmte Vereinfachungen eingeführt, die die Komplexität der Rechnungen drastisch reduziert und so viel schneller zu einem Ergebnis führen.

Zum Beispiel Laserbohren

Klassische Simulationsprogramme liefern ein komplexes Bild der Prozesse bei der Wechselwirkung von Laserstrahlung und Material. Den Anwender interessiert vor allem, wie sich beispielsweise die Konizität einer Bohrung verändert, wenn Parameter wie Fokuslage oder Spotdurchmesser geändert werden. Mit der vereinfachten Simulation lässt sich der Einfluss solcher Parameter gut untersuchen. Das Ergebnis stimmt sehr gut mit experimentellen Daten überein: Bild 2 zeigt eine entsprechende Simulation mit dem neuen Rechenmodell im Vergleich zum Dünnschliff einer Bohrung.

Im Unterschied zu früher und zu den normalen Experimenten werden jetzt die Effekte von veränderten Parametern sofort angezeigt. Geradezu spielerisch können einzelne Parameter verändert werden- das Ergebnis erscheint sofort im Nachbarfenster (Bild 2).
Damit kann die Simulation direkt an der Lasermaschine durchgeführt werden. Zeitaufwändige Versuche entfallen, Einrichtprozesse können erheblich beschleunigt werden.

Simulieren für Fortgeschrittene: Metamodellierung

Die hohe Geschwindigkeit bei der Simulation eröffnet allerdings noch ganz andere Optionen. Für komplexe Simulationen mit vielen Parametern kann man eine Metamodellierung angehen. Dabei werden mit den Parametern und mehreren Bewertungskriterien für Prozess- und Produktqualität hochdimensionale Datensätze generiert. Daraus lassen sich wiederum einzelne Prozesslandkarten (Hyper Slices) erstellen, die die Abhängigkeit der Ergebnisse von einzelnen Parameterpaaren aufzeigen. Die Qualität des Ergebnisses wird dabei mit einer Farbkodierung dargestellt, so dass optimale Parameter sofort sichtbar werden.

Mit dieser erweiterten Simulation lassen sich durch mathematische Manipulation der Datensätze globale und lokale Extremwerte finden, also zum Beispiel Parametersätze für beste und schlechteste Qualität. So eine simultane Optimierung von mehreren Parametern ist mit experimentellen Methoden kaum möglich. Neue Methoden wie die des »Iterative Design« werden dadurch in der Fertigung erheblich beschleunigt.

Kundenspezifische Software für die Anwendung in der Werkhalle

Die Idee für die neue Software wurde auf der Basis eines Großkundenauftrags entwickelt. Weitere Verträge wurden inzwischen abgeschlossen, die Software steht aber für alle Kunden zur Verfügung. Entsprechend der geplanten Applikation wird sie von den Experten am Fraunhofer ILT speziell modifiziert, so dass optimale Ergebnisse möglich werden. Das Know-how liegt dabei in der geschickten Vereinfachung der klassischen Modelle.

Inzwischen gibt es aber auch weitergehende Überlegungen: Aufwändige Berechnungen gibt es in vielen Bereichen der Industrie. Die Simulation von Crashtests in der Automobilindustrie beispielsweise beansprucht immer noch erhebliche Rechnerkapazitäten. Die Übertragung des Prinzips der reduzierten Modelle verspricht auch dort erhebliche Einsparungen.

Ansprechpartner

Dipl.-Phys. Torsten Hermanns
Lehr- und Forschungsgebiet für
Nichtlineare Dynamik der Laser-Fertigungsverfahren NLD
RWTH Aachen
Telefon +49 241 8906-8367
hermanns.torsten@nld.rwth-aachen.de

www.nld.rwth-aachen.de 

Prof. Dr. Wolfgang Schulz
Leiter des Lehr- und Forschungsgebiets für
Nichtlineare Dynamik der Laser-Fertigungsverfahren NLD
RWTH Aachen
Leiter der Gruppe Modellierung und Simulation
am Fraunhofer ILT
Telefon +49 241 8906-204
wolfgang.schulz@ilt.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen

Weitere Informationen:

http://www.ilt.fraunhofer.de

Petra Nolis | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Lemgoer Forscher entwickeln Intelligente Assistenzsysteme für mobile Anwendungen in der Industrie
25.07.2017 | Hochschule Ostwestfalen-Lippe

nachricht Neue Anwendungsszenarien für Industrie 4.0 entwickelt
25.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie