Im DFG-Projekt OptiWas („Optimierung der Wirkbeziehungen zwischen additiver und spanender Fertigung“) wird untersucht, wie additiv gefertigte, nachgiebige Leichtbaustrukturen prozesssicher zerspant werden können. Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) und das Institut für Produktentwicklung und Gerätebau (IPeG) der Leibniz Universität Hannover erforschen dafür simulationsbasierte Optimierungsansätze. Ein Ziel ist es, die Zerspanung nachgiebiger Geometrien simulationsgestützt und entsprechend der Struktureigenschaften des Bauteils anforderungsgerecht zu planen.
Die additiv-subtraktive Fertigung verbindet die geometrische Freiheit der additiven Herstellung mit der Präzision der spanenden Endbearbeitung. Insbesondere nachgiebige Luftfahrtstrukturen mit geringer Steifigkeit stellen hohe Anforderungen an die Zerspanung. Um die Wechselwirkungen zwischen Struktursteifigkeit und Prozessführung gezielt zu analysieren, wurden charakteristische Featuremerkmale eines Helikopter-Flügelbauteils extrahiert und in vereinfachten Analogiebauteilen abgebildet. Diese Bauteile wurden aus Scalmalloy additiv gefertigt und anschließend schaftgefräst.
Da additiv gefertigte Bauteile typischerweise in geringen Stückzahlen und mit komplexen, individuell gestalteten Strukturen vorliegen, stoßen klassische datengetriebene oder analytische Modelle zur Formfehlerprognose an ihre Grenzen. Für diese hochvariante Bauteilwelt wurde daher eine simulationsgestützte Methode entwickelt, die auf einer gekoppelten Simulationskette basiert. Die Grundlage bildet die dexelbasierte Zerspanungssimulation IFW CutS, die zeitschrittbasiert Eingriffsbedingungen wie Spanungsquerschnitt, Eingriffswinkel und Zeitspanvolumen berechnet. Integrierte mechanistische Kraftmodelle bestimmen daraus Betrag, Richtung und Angriffspunkt der auf das Werkstück wirkenden Prozesskräfte.
In definierten Werkzeugwegintervallen werden Volumenkörpermodelle des teilbearbeiteten Werkstücks erzeugt. Diese werden in einer FEM-Simulation mit den berechneten Kräften beaufschlagt. Durch die Kumulierung der wegschrittbasierten Verformungszustände lässt sich der gesamte Entstehungsprozess der Formabweichung nachvollziehen. Die Methode erlaubt es, Bearbeitungsstrategien gezielt an die lokale Nachgiebigkeit des Werkstücks anzupassen. Der Ansatz ermöglicht eine prozesssichere und qualitätsgerechte Endbearbeitung additiver Leichtbauteile.