Die detaillierte Analyse und zuverlässige Auslegung thermo-mechanisch hoch belasteter Strukturen benötigt eine physikalisch gut fundierte Beschreibung des zugrundeliegenden Materialverhaltens. Materialmodelle kommen primär in der Analyse und dem Design mittels nichtlinearer Finite Elemente Methode (FEM) zur Anwendung. Beispiele reichen von Dampfturbinen, über Dichtungs- und Dämpfungselemente bis hin zu additiv hergestellten, metallischen Bauteilen. Besonders im Kontext der Energiewende, einem konsequenten Leichtbau und bei der Realisierung einer geschlossenen Kreislaufwirtschaft kommt der Charakterisierung und Beschreibung des mechanischen Verhaltens neuer Materialien eine besondere Bedeutung zu.

Unsere Expertise umfasst die mechanische, thermo-mechanische und thermo-physikalische Charakterisierung und Modellierung von Polymeren und Metallen. Die eingesetzten Materialmodelle beschreiben lineare und nichtlineare Elastizität, Viskoelastizität, Plastizität und Viskoplastizität sowie Ermüdungs- (LCF, HCF) und Kriechschädigung zur Lebensdauervorhersage. Dabei werden Temperatur- und Ratenabhängigkeiten ebenfalls berücksichtigt. Thermo-physikalische Parameter umfassen Dichte, Wärmeleitung sowie Wärmeausdehnung.

Die additive Fertigung metallischer Komponenten ermöglicht die Herstellung komplexer und hoch integrierter Leicht- und Funktionsbauteile. Gleichzeitig besitzt sie ein grosses Potential, die bestehende Fertigungslandschaft mit ihrem hohen Grad an Flexibilität und Nachhaltigkeit aufzurütteln. Die grosse Komplexität dieses vielversprechenden Fertigungsprozesses verlangt jedoch ein grosses Mass an Know-how, um die notwendige Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit zu realisieren.

Thermo-mechanische Prozesssimulation kann im Design und der Fertigungsvorbereitung additiv hergestellter Bauteile helfen, die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit dieses vielversprechenden Prozesses zu verbessern. Unsere Expertise liegt in der Simulation des prozessbedingten thermo-mechanischen Verzugs. Hierzu werden sowohl vereinfachte inherent strain als auch fortschrittliche thermo-mechanische Ansätze verfolgt. Um zuverlässige Vorhersagen zu gewährleisten, nutzen wir eine umfassende thermo-physikalische Grundcharakterisierung der additiv verarbeiteten Materialien. Wir sind ausserdem spezialisiert auf die bauteilnahe Kalibrierung aller führender Prozesssimulationslösungen. Damit stellen wir zuverlässige Vorhersagen von Spannungen und Verzügen sicher. Auf dieser Basis können Aufbaustrategien, Stützstrukturen und additive hergestellte Bauteile optimiert und der Verzug vorgängig kompensiert werden.