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Title:
SIMULATION SYSTEM FOR SELECTING AN ALLOY, AND A PRODUCTION PROCESS FOR A WORKPIECE TO BE PRODUCED HAVING AMORPHOUS PROPERTIES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/239703
Kind Code:
A1
Abstract:
Simulation system (2) for selecting an alloy (L) and a production process (V) for a workpiece (4) to be produced having amorphous properties , wherein the system (2) comprises: - an input unit (6), for inputting a requirements profile (A) for the workpiece (4) to be produced, - at least one memory unit (8), which is designed to store information data (I), wherein the information data (I) specifies information concerning physical and/or chemical and/or mechanical properties of a number of alloys (L) for manufacturing workpieces (4) having amorphous properties and information concerning production processes (V), - an analysis unit (10), which is designed o to simulate a number of workpieces (4) according to the requirements profile (A) and the information data (I) to create simulation data, o to assess the simulated workpieces on the basis of the simulation data and the requirements profile (A), o to select an alloy (L) and a production process (V) for the workpiece (4) to be produced on the basis of the assessment, - and an output unit (20), which is designed to output the selected alloy (L) and the selected production process (V).

Inventors:
WACHTER HANS-JÜRGEN (DE)
MILKE EUGEN (DE)
SHAKUR SHAHABI HAMED (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/063838
Publication Date:
December 02, 2021
Filing Date:
May 25, 2021
Export Citation:
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Assignee:
HERAEUS AMLOY TECH GMBH (DE)
International Classes:
B22F3/22; B22F10/20; B22F10/38; B22F10/80; B33Y50/00; G06F30/23; G16C60/00; C22C45/00
Domestic Patent References:
WO2014210374A12014-12-31
WO2019179680A12019-09-26
WO2018182513A12018-10-04
Foreign References:
DE102015110591A12016-02-04
EP3246831A12017-11-22
DE102006047806A12008-04-10
Other References:
RONALD E. GIACHETTI: "Decision Support System for Material and Manufacturing Process Selection", JOURNAL OF INTELLIGENT MANUFACTURING, vol. 9, no. 3, 1 September 1997 (1997-09-01), GB, pages 265 - 276, XP055750568, ISSN: 0956-5515, DOI: 10.1023/A:1008866732609
ZAMAN UZAIR KHALEEQ UZ ET AL: "Integrated product-process design: Material and manufacturing process selection for additive manufacturing using multi-criteria decision making", ROBOTICS AND COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS BV., BARKING, GB, vol. 51, 30 December 2017 (2017-12-30), pages 169 - 180, XP085351421, ISSN: 0736-5845, DOI: 10.1016/J.RCIM.2017.12.005
MARINI DANIELE ET AL: "Process selection methodology for near net shape manufacturing", THE INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY, SPRINGER, LONDON, vol. 106, no. 5-6, 14 December 2019 (2019-12-14), pages 1967 - 1987, XP037004951, ISSN: 0268-3768, [retrieved on 20191214], DOI: 10.1007/S00170-019-04561-W
XP055374490
SHEN YIYU: "Scholars' Mine Scholars' Mine Doctoral Dissertations Student Theses and Dissertations Spring 2018 Research on additive manufacturing of metallic glass alloy Research on additive manufacturing of metallic glass alloy", 1 March 2018 (2018-03-01), pages 1 - 146, XP055831286, Retrieved from the Internet [retrieved on 20210810]
Attorney, Agent or Firm:
KILCHERT, Jochen (DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Simulationssystem (2) zur Auswahl einer Legierung (L) sowie eines Fertigungsverfahrens (V) für ein zu fertigendes Werkstück (4) mit amorphen Eigenschaften, wobei das System (2) aufweist: eine Eingabeeinheit (6), zur Eingabe eines Anforderungsprofils (A) für das zu fertigende Werkstück (4), zumindest eine Speichereinheit (8), die dazu ausgebildet ist, Informationsdaten (I) zu speichern, wobei die Informationsdaten (I) Informationen über physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Eigenschaften mehrerer Legierungen (L) zur Herstellung von Werkstücken (4) mit amorphen Eigenschaften und Informationen über Fertigungsverfahren (V) angeben und wobei das Anforderungsprofil geometrische und/oder mechanische und/oder chemische Eigenschaften des zu fertigenden Werkstücks angibt, eine Analyseeinheit (10), die derart eingerichtet ist, o in Abhängigkeit des Anforderungsprofils (A) sowie der Informationsdaten (I) zur Erstellung von Simulationsdaten mehrere Werkstücke (4) zu simulieren, o auf Basis der Simulationsdaten sowie des Anforderungsprofils (A) die simulierten Werkstücke zu bewerten, o auf Basis der Bewertung eine Legierung (L) sowie ein Fertigungsverfahren (V) für das zu fertigende Werkstück (4) auszuwählen, eine Ausgabeeinheit (20), die dazu ausgebildet ist, die ausgewählte Legierung (L) sowie das ausgewählte Fertigungsverfahren (V) auszugeben.

2. Simulationssystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (10) eine erste Simulationseinheit (14) aufweist, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Anforderungsprofils (A) sowie der berechneten Eigenschaften legierungsabhängig eine mechanische Beanspruchung des zu fertigenden Werkstücks (4) zu simulieren und Informationen über die simulierte mechanische Beanspruchung zu den Simulationsdaten hinzuzufügen.

3. Simulationssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (10) eine zweite Simulationseinheit (16) aufweist, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Anforderungsprofils (A) und der Informationsdaten (I) chemische Eigenschaften des zu fertigenden Werkstücks (4) legierungsabhängig zu simulieren und Informationen über die simulierten chemischen Eigenschaften zu den Simulationsdaten hinzuzufügen.

4. Simulationssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsdaten (I) Informationen über zumindest eine physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Eigenschaft angeben, insbesondere ausgewählt aus: thermische Eigenschaften der Legierung,

Medienbeständigkeit der Legierung, chemische Eigenschaften,

- Amorphizität in Abhängigkeit eines Verunreinigungsgrades, beanspruchungsabhängige Alterungserscheinungen und/oder

- Abkühlverhalten der Legierung.

5. Simulationssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Anforderungsprofils (A) eine Vorauswahl an innerhalb der zumindest einen Speichereinheit (8) gespeicherten Legierungen (L) und/oder an innerhalb der zumindest einen Speichereinheit (8) gespeicherten Fertigungsverfahren (V) zu treffen und anhand der Vorauswahl eine Auswahl einer Legierung (L) und/oder eines Fertigungsverfahrens (V) erfolgt.

6. Simulationssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Analyseeinheit (10) dazu ausgebildet ist, durch eine Zuordnung der ausgewählten Legierung (L) sowie des ausgewählten Fertigungsverfahrens (V) zu dem Anforderungsprofil (A) ein Datenpaar zu generieren, das generierte Datenpaar in der zumindest einen Speichereinheit (8) zu hinterlegen, bei Eingabe eines in der zumindest einen Speichereinheit (8) gespeicherten Anforderungsprofils (A), eine dem Anforderungsprofil (A) zugeordnete Legierung (L) und ein dem Anforderungsprofil (A) zugeordnetes Fertigungsverfahren (V) anzugeben.

7. Verfahren zur Auswahl einer Legierung (L) sowie eines Fertigungsverfahrens (V) für ein zu fertigendes Werkstück (4) mit amorphen Eigenschaften, umfassend die Schritte:

Eingabe eines Anforderungsprofils (A) des zu fertigenden Werkstückes (4), insbesondere mittels einer Eingabeeinheit (6), wobei das Anforderungsprofil geometrische und/oder mechanische und/oder chemische Eigenschaften des zu fertigenden Werkstücks angibt,

Berechnung von mechanischen und/oder chemischen und/oder physikalischen Parametern und Abgleich der berechneten Parameter mit gespeicherten Informationsdaten (I), die eine Information über physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Eigenschaften mehrerer Legierungen (L) zur Herstellung von Werkstücken (4) mit amorphen Eigenschaften enthält,

Simulation mehrerer Werkstücke (4) in Abhängigkeit des Anforderungsprofils (A) sowie der Informationsdaten (I),

Erstellung von Simulationsdaten auf Basis der Simulationen sowie Bewertung der simulierten Werkstücke auf Basis der Simulationsdaten sowie des Anforderungsprofils (A),

- Auswählen einer Legierung (L) sowie eines Fertigungsverfahrens (V) für das zu fertigende Werkstück (4) auf Basis der Bewertung,

- Ausgeben der ausgewählten Legierung (L) sowie des ausgewählten Fertigungsverfahrens (V).

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch

Berechnen von Eigenschaften des zu fertigenden Werkstücks (4), die durch das Anforderungsprofil (A) angeben werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsdaten (I) Informationen über zumindest eine physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Eigenschaften angeben, insbesondere ausgewählt aus: thermische Eigenschaften der Legierung (L),

Medienbeständigkeit der Legierung (L), chemische Eigenschaften,

- Amorphizität in Abhängigkeit eines Verunreinigungsgrades, beanspruchungsabhängige Alterungserscheinungen und/oder

- Abkühlverhalten der Legierung (L). 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch

Treffen einer Vorauswahl an gespeicherten Legierungen (L) und/oder gespeicherten Fertigungsverfahren (V) in Abhängigkeit des Anforderungsprofils (A),

- Auswählen einer Legierung (L) und/oder eines Fertigungsverfahrens (V) anhand der Vorauswahl.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass

Generieren eines Datenpaars durch eine Zuordnung der ausgewählten Legierung (L) sowie des ausgewählten Fertigungsverfahrens (V) zu dem Anforderungsprofil (A),

Speichern des generierten Datenpaars,

- Ausgeben einer einem gespeicherten Anforderungsprofil (A) zugeordneten Legierung (L) und eines dem Anforderungsprofil (A) zugeordneten Fertigungsverfahrens (V), wenn das Anforderungsprofil (A) bereits gespeichert ist.

12. Computerlesbares-Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 zu implementieren, wenn das Verfahren von dem mindestens einen Prozessor ausgeführt wird.

13. Fertigungsanlage zur Fertigung eines Werkstücks mit amorphen Eigenschaften, aufweisend: ein Simulationssystem (2) zur Auswahl einer Legierung (L) sowie eines Fertigungsverfahrens (V) für das zu fertigende Werkstück (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie eine Fertigungseinheit (38) die dazu ausgebildet ist, ein Werkstück (4) unter Verwendung des Simulationssystems (2) zu fertigen.

14. Fertigungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungseinheit (38) als eine Spritzgusseinrichtung oder als eine Einrichtung zur additiven Fertigung ausgebildet ist.

15. Steuerverfahren zur Steuerung einer Fertigungsanlage zur Fertigung eines Werkstücks (4) mit amorphen Eigenschaften zur Steuerung einer Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsanlage mit einer Legierung (L) sowie einem Fertigungsverfahren (V) betrieben wird, welche mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 ausgewählt sind.

Description:
BESCHREIBUNG

Simulationssystem zur Auswahl einer Legierung sowie eines Fertigungsverfahrens für ein zu fertigendes Werkstück mit amorphen Eigenschaften

Die Erfindung betrifft ein Simulationssystem sowie ein Verfahren zur Auswahl einer Legierung sowie eines Fertigungsverfahrens für ein zu fertigendes Werkstück mit amorphen Eigenschaften, ein computerlesbares-Speichermedium, eine Fertigungsan lage zur Fertigung eines Werkstücks mit amorphen Eigenschaften sowie ein Steuerver fahren.

Amorphe Metalle sind eine neuartige Werkstoffklasse, die bei anderen Werkstoffen nicht realisierbare physikalische Eigenschaften bzw. Kombinationen von Eigenschaften aufweisen.

Von amorphen Metallen spricht man, wenn Metalllegierungen auf atomarer Ebene kei ne kristalline, sondern eine amorphe Struktur aufweisen. Die für Metalle ungewöhnli che amorphe Atomanordnung führt zu einzigartigen Kombinationen physikalischer Ei genschaften. Amorphe Metalle sind im Allgemeinen härter, korrosionsbeständiger und fester als gewöhnliche Metalle bei gleichzeitig hoher Elastizität. Durch Abwesenheit von Korngrenzen ergibt sich weniger chemische Angriffsfläche, sodass metallische Gläser weniger korrosionsanfällig sind.

Seit ihrer Entdeckung am California Institute of Technology sind metallische Gläser, wie amorphe Metalle auch genannt werden, Gegenstand umfangreicher Forschung. Im Laufe der Jahre gelang es, die Prozessierbarkeit und Eigenschaften dieser Material klasse kontinuierlich zu verbessern. Waren die ersten metallischen Gläser noch einfa che, binäre (aus zwei Komponenten aufgebaute) Legierungen, deren Herstellung Ab kühlraten im Bereich von 106 Kelvin pro Sekunde (K/s) erforderten, lassen sich neue re, komplexere Legierungen bereits bei deutlich geringeren Abkühlraten im Bereich einiger K/s in den Glaszustand überführen. Dies hat erheblichen Einfluss auf die Pro zessführung sowie die realisierbaren Werkstücke. Die Abkühlgeschwindigkeit, ab der eine Kristallisation der Schmelze ausbleibt und die Schmelze im Glaszustand erstarrt, wird als kritische Abkühlrate bezeichnet. Die kritische Abkühlrate ist eine systemspezi fische, stark von der Zusammensetzung der Schmelze abhängige Größe, welche zu dem die maximal erreichbaren Bauteildicken festlegt. Bedenkt man, dass die in der Schmelze gespeicherte Wärmeenergie ausreichend schnell durch das System abtrans portiert werden muss, wird klar, dass sich aus Systemen mit hohen kritischen Abkühl raten lediglich Werkstücke mit geringer Dicke fertigen lassen. Anfänglich wurden me tallische Gläser daher meist nach dem Schmelzspinnverfahren (Englisch: „melt spin- ning“) hergestellt. Die Schmelze wird hierbei auf ein rotierendes Kupferrad abgestreift und erstarrt glasartig in Form von dünnen Bändern bzw. Folien mit Dicken im Bereich einiger hundertstel bis zehntel Millimeter. Durch die Entwicklung neuer, komplexer Le gierungen mit deutlich geringeren kritischen Abkühlraten, können zunehmend andere Herstellungsverfahren genutzt werden. Heutige massivglasbildende metallische Legie rungen lassen sich bereits durch Gießen einer Schmelze in gekühlte Kupferkokillen in den Glaszustand überführen. Die realisierbaren Bauteildicken liegen dabei legierungs spezifisch im Bereich einiger Millimeter bis Zentimeter. Derartige Legierungen werden als metallische Massivgläser (Englisch: „bulk metallic glasses“, BMG) bezeichnet. Heutzutage ist eine Vielzahl solcher Legierungssysteme bekannt.

Die Unterteilung metallischer Massivgläser erfolgt gewöhnlich anhand der Zusammen setzung, wobei man das Legierungselement mit dem höchsten Gewichtsanteil als Ba siselement bezeichnet. Die bestehenden Systeme umfassen beispielsweise Edelme- tall-basierte Legierungen wie Gold-, Platin, und Palladium-basierte metallische Mas sivgläser, frühe Übergangsmetall-basierte Legierungen wie z.B. Titan- oder Zirkonium basierte metallische Massivgläser, späte Übergangsmetall-basierte Systeme auf Basis von Kupfer-, Nickel- oder Eisen, aber auch Systeme auf Basis von seltenen Erden, z.B. Neodym oder Terbium.

Metallische Massivgläser weisen im Vergleich zu klassischen kristallinen Metallen typi scher Weise folgende Eigenschaften auf: eine höhere spezifische Festigkeit, was zum Beispiel dünnere Wandstärken ermöglicht, eine höhere Härte, wodurch die Oberflächen besonders kratzfest sein können, eine viel höhere elastische Dehnbarkeiten und Resilienzen, eine thermoplastische Formbarkeit und eine höhere Korrosionsbeständigkeit.

Aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften wie z.B. einer hohen Festigkeit und dem Ausbleiben einer Erstarrungsschwindung sind metallische Gläser, insbesondere metal- lische Massivgläser, sehr interessante Konstruktionswerkstoffe, die sich prinzipiell für die Herstellung von Bauteilen in Serienfertigungsverfahren wie dem Spritzguss eignen, ohne dass weitere Bearbeitungsschritte nach erfolgter Formgebung zwingend erforder lich wären. Um beim Abkühlen aus der Schmelze eine Kristallisation der Legierung zu verhindern, muss eine kritische Abkühlgeschwindigkeit überschritten werden. Je größer jedoch das Volumen der Schmelze ist, desto langsamer (bei ansonsten unveränderten Bedingungen) kühlt die Schmelze ab. Wird eine bestimmte Probendicke überschritten, kommt es zu einer Kristallisation, bevor die Legierung amorph erstarren kann.

Neben den hervorragenden mechanischen Eigenschaften metallischer Gläser ergeben sich aus dem Glaszustand auch einzigartige Prozessierungsmöglichkeiten. So lassen sich metallische Gläser nicht nur durch schmelzmetallurgische Verfahren formen, son dern auch über ein thermoplastisches Formen bei vergleichsweise niedrigen Tempera turen analog zu thermoplastischen Kunststoffen oder Silikatgläsern formgebend verar beiten. Hierzu wird das metallische Glas zunächst über den Glasübergangspunkt er wärmt und verhält sich dann wie eine hochviskose Flüssigkeit, die bei relativ niedrigen Kräften umgeformt werden kann. Im Anschluss an die Verformung wird das Material wieder unter die Glasübergangtemperatur abgekühlt.

Bei der Verarbeitung von amorphen Metallen wird die natürliche Kristallisation durch rasches Abkühlen (Einfrieren im schmelzflüssigen Zustand) der Schmelze unterbun den, so dass den Atomen die Beweglichkeit genommen wird, bevor sie eine Kristallan ordnung einnehmen können. Viele Eigenschaften kristalliner Materialen werden durch Störungen im atomaren Aufbau, sogenannte Gitterdefekte (Leerstellen, Versetzungen, Korngrenzen, Phasengrenzen, etc.) beeinflusst bzw. bestimmt.

Durch das schnelle Abkühlen wird der Schrumpf des Materials reduziert, sodass bei amorphen Metallen genauere Bauteilgeometrien erreicht werden können. Plastische Verformung erfolgt erst bei Dehnungen über 1.8 %. Im Vergleich dazu verformen sich kristalline, metallische Werkstoffe in der Regel bereits bei deutlichen geringeren Deh nungen (<0.5 %) irreversibel. Die Kombination aus hoher Streckgrenze bei hoher elas tischer Dehnung resultiert zudem in einem hohen Speichervermögen an elastischer Energie.

Die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Materials setzt der Abkühlgeschwindigkeit jedoch eine physikalische Grenze, da die im Bauteil enthaltene Wärme über die Ober- fläche an die Umgebung abgegeben werden muss. Dies führt zu Einschränkungen in der Herstellbarkeit von Bauteilen und in der Anwendbarkeit von Herstellungsverfahren.

Es sind unterschiedliche Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus amorphen Metallen bekannt. So ist es möglich, Werkstücke unter Verwendung von additiven Fer tigungsverfahren, wie dem 3D-Druck herzustellen. Dabei können die amorphen Eigen schaften des Werkstücks durch das Einstellen der Prozessparameter, wie der Scan- Geschwindigkeit, der Energie des Laserstrahls oder des abzufahrenden Musters, si chergestellt werden.

Ein Vorteil der additiven Fertigungstechnik ist, dass prinzipiell jede erdenkliche Geo metrie realisiert werden kann. Ferner kann es von Vorteil sein, dass bei additiven Fer tigungsverfahren kein gesonderter Kühlprozess notwendig ist, da durch das schicht weise Herstellen des Werkstücks und einer Einstellung der Größe des Schmelzpools über Laserenergie und Verfahrweg des Lasers eine gute Auskühlung gewährleistet sein kann.

Nachteilig bei additiven Fertigungsverfahren sind die zum Zeitpunkt der Anmeldung geringe Aufbauraten gerade bei großdimensionierten Werkstücken. Ferner muss für einige Anwendungen, also für bestimmte zu fertigende Werkstücke, hochreines Pul vermaterial als Ausgangsmaterial für den additiven Fertigungsprozess verwendet wer den. Sind Verunreinigungen in dem Material vorhanden, so kann es an den Stellen der Verunreinigung zu Kristallisation kommen, d.h. zu nicht amorphen Metall, welches zu einer Verschlechterung der mechanischen und chemischen Eigenschaften führen kann Oberflächennah kann es wegen der Verunreinigung notwendig sein, das Werkstück nachzubearbeiten, was aufwendig ist. Darüber hinaus kommt es bei der additiven Fer tigung immer zu einer gewissen Rauigkeit an der Oberfläche des Werkstücks, sodass dies in den meisten Fällen durch Schleifen oder Fräsen nachbearbeitet werden muss.

Eine weitere Fertigungsmöglichkeit bietet das Spritzgießen. Dabei können zum Zeit punkt der Anmeldung Gewichte von Werkstücken im Bereich von 80-120g oder größer realisiert werden. Üblicherweise wird das zu verwendende Material mittels induktivem Aufheizen innerhalb von ca. 10-60 Sekunden auf ca. 900-1100°C erhitzt und homoge nisiert.

Nach dem Aufheizen wird das schmelzflüssige Material mittels eines Stempels in eine Form gedrückt. Dabei ist es für die Materialeigenschaften wichtig, dass wenn die Form vollständig mit Material gefüllt ist, das Material innerhalb der Form überall eine Tempe ratur oberhalb des Materialschmelzpunktes aufweisen sollte. Um amorphe Materialei genschaften zu erzielen muss das flüssige Material innerhalb der Form anschließend schnell auf unterhalb der Glasumwandlungstemperatur abgekühlt werden.

Die möglichen Geometrien beim Spritzgießen sind aufgrund der Abkühlgeschwindigkeit des Materials auf Wandstärken von 0,3 -7,0 mm begrenzt. Bei größeren Wandstärken ist die Abkühlgeschwindigkeit zu gering, sodass sich kristalline Strukturen ausbilden bevor das Material auf unterhalb der Glasumwandlungstemperatur abgekühlt ist. Bei kleineren Wandstärken kühlt das Material abhängig von der zu füllenden Länge zu schnell ab und erstarrt bevor die Form vollständig gefüllt ist.

Um schon im Vorfeld bei der Konstruktion, der Dimensionierung, der Auswahl des Le gierungswerkstoffes, der Auswahl des Herstellungsverfahrens oder Ähnlichem sicher zugehen, dass die dem Werkstoff zugeführte Wärmemenge an die Umgebung hinrei chend schnell abgegeben werden kann, kann das Abkühlverhalten simuliert und analy siert werden.

Die DE 102015 110 591 A1 beschreibt beispielsweise eine Einrichtung und ein Her stellungserzeugnis zum Vorhersagen von Materialeigenschaften einer gegossenen aluminiumbasierten Komponente. Hierbei umfasst ein computerbasiertes System zahl reiche Berechnungsmodule, die programmtechnisch derart miteinander Zusammenwir ken, dass die Module beim Empfangen von Daten, die der gegossenen aluminiumba sierten Komponente entsprechen, Leistungsmerkmale des Materials bereitstellen.

Hierbei nachteilig ist, dass die beschriebene Einrichtung lediglich zur Auswahl einer Legierung und nicht zusätzlich zur Auswahl eines Fertigungsverfahrens ausgebildet ist. Wie bereits vorstehend ausführlich dargelegt, ist eine Auswahl einer geeigneten Legie rung sowie eines geeigneten Fertigungsverfahrens für einen Anwender ohne dezidier tes Fachwissen über amorphe Metalle schwierig.

Die EP3246831 beschreibt, basierend auf numerischen Methoden, eine skalierbare und vorhersagende 3D-Drucksimulation für die Produktion von komplexen Bauteilen, wobei primär der Druckverlauf, die Druckzeit und die Kühlleistung auf Basis von lokali sierten Erwärmungseffekten simuliert werden. Eine Herstellbarkeitsanalyse des Bau teils, insbesondere in Bezug auf seinen schmelzflüssigen Zustand und das darauffol gende Abkühlen, wird nicht durchgeführt. Es ist ferner aus der DE102006047806 bekannt, eine Abbildung einer Warmumformung einer Metallplatine aus einem umwandelbaren Stahlwerkstoff mit Hilfe der Finite- Elemente-Methode zu simulieren. Bei der Warmumformungssimulation werden nicht nur die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des umzuformenden Stahl werkstoffs berücksichtigt, sondern es werden im Rahmen einer komplexen thermisch mechanisch gekoppelten Simulation Werkstoffdaten berücksichtigt, die in Form eines Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Datensatzes des spezifischen Stahlwerkstoffs in das Verfahren einfließen. Auf diese Weise können die ermittelten temporären lokalen me chanischen Eigenschaftswerte auf Basis der jeweiligen Phasenzusammensetzung an ein Versagensmodell zur Verbesserung der Bauteilprognose und zur Prozessoptimie rung übergeben werden.

Die DE102006047806 beschreibt somit ein Simulationsverfahren zur Abbildung einer Warmumformung einer Metallplatine aus einem umwandelbaren Stahlwerkstoff mit Hil fe der Finite-Elemente-Methode. Dabei stehen temporäre lokale mechanische Eigen schaften, z.B. die Härte und die physikalischen Eigenschaften der Metallplatte während und nach dem Ende der Warmformungssimulation auf der Grundlage der lokalen und temporären Phasenzusammensetzung des Stahlmaterials im Vordergrund.

Ein weiteres Beispiel ist aus der WO2018182513 bekannt, die ein computerimplemen tiertes Verfahren zur Beurteilung geometrischer Änderungen eines durch einen additi ven Fertigungsprozess zu erstellenden Objekts beschreibt, wobei während dieses addi tiven Herstellungsprozesses ein kristallisierbares Material aus einem Pulver in eine Massenform umgewandelt wird und währenddessen der Gegenstand aus der Massen form gebildet wird.

Das Verfahren der WO2018182513 umfasst: i. Bereitstellen einer Simulationsdomäne, die ein Finite-Elemente-Modell des Ob jekts umfasst, das in einen simulierten Kuchen des Pulvers eingebettet ist; wobei das Finite-Elemente-Modell finite Elemente des Objekts und finite Elemente des simulierten Kuchens des Pulvers umfasst; ii. Zuordnen von thermischen Eigenschaften des volumenkristallharzierbaren Mate rials zu jedem finiten Element des Objekts; iii. Zuordnen der thermischen Eigenschaften des pulverkristallisierbaren Materials zu jedem finiten Element des simulierten Kuchens des Pulvers; iv. Zuordnen einer simulierten ersten Temperatur zu jedem finiten Element; v. Durchführen einer Finite-Elemente-Analyse des Finite-Elemente-Modells unter einer simulierten Abkühlungsbedingung, wobei die simulierte Abkühlungsbedin gung das Anlegen einer simulierten zweiten Temperatur an mindestens eine Grenze des Simulationsbereichs umfasst, wobei die simulierte zweite Temperatur niedriger als die simulierte erste Temperatur ist;

Dabei umfasst die Finite-Elemente-Analyse der WO2018182513 Folgendes: i. Bestimmen eines simulierten kristallinen Volumenanteils des simulierten kristalli sierbaren Volumenmaterials für jedes finite Element des Objekts; ii. Bestimmen eines simulierten Wärmeausdehnungskoeffizienten für jedes finite Element des Objekts als Funktion des simulierten kristallinen Volumenanteils, des Wärmeausdehnungskoeffizienten (<3 ~ 4) einer kristallinen Phase des kristalli sierbaren Materials und des Wärmeausdehnungskoeffizienten einer amorphen Phase des kristallisierbaren Materials; iii. Durchführen der Finite-Elemente-Analyse, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.

Die WO2018182513 beschreibt ein computerimplementiertes Verfahren zur Beurteilung geometrischer Änderungen eines durch einen additiven Fertigungsprozess herzustel lenden Bauteils. Hierbei steht eine kristallisationsbedingte Volumenänderung im Vor dergrund.

Aus den beschriebenen Nachteilen des Stands der Technik ergibt sich die Aufgabe, ein Simulationssystem zur einfachen Auswahl einer Legierung sowie eines Fertigungsver fahrens für ein zu fertigendes Werkstück mit amorphen Eigenschaften für einen An wender bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Simulationssystem mit den Merk malen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Simulationssystem zur Auswahl einer Legierung sowie eines Fertigungsverfahrens für ein zu fertigendes Werkstück mit amorphen Eigenschaften, wobei das System eine Eingabeeinheit zur Eingabe eines An forderungsprofils für das zu fertigende Werkstück aufweist.

Weiterhin weist das System zumindest eine Speichereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, Informationsdaten zu speichern, wobei die Informationsdaten Informationen über physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Eigenschaften mehrere Le gierungen zur Herstellung von Werkstücken mit amorphen Eigenschaften angeben. Im Rahmen der nachfolgenden Ausführungen wird vereinfachend nicht einschränkend le diglich eine Speichereinheit erwähnt. Es können jedoch auch mehrere Speichereinhei ten oder eine Speichereinheit mit mehreren Partitionen oder Modulen vorgesehen sein.

Weiterhin geben die Informationsdaten auch Informationen über Fertigungsverfahren an, insbesondere zur Fertigung derartiger Werkstücke.

Zudem weist das Simulationssystem eine Analyseeinheit auf. Die Analyseeinheit ist derart eingerichtet, in Abhängigkeit des Anforderungsprofils sowie der Informationsda ten zur Erstellung von Simulationsdaten mehrere Werkstücke zu simulieren. Weiterhin ist die Analyseeinheit dazu eingerichtet, auf Basis der Simulationsdaten sowie des An forderungsprofils die simulierten Werkstücke zu bewerten.

Die Analyseeinheit ist ferner derart eingerichtet, auf Basis der Bewertung, eine Legie rung sowie ein Fertigungsverfahren für das zu fertigende Werkstück auszuwählen. Die se Auswahl erfolgt vorzugsweise derart, dass eine Legierung und ein Fertigungsverfah ren ausgewählt werden, deren simuliertes Werkstück - also ein Werkstück, welches aus dieser Legierung mit einem in der Speichereinheit hinterlegten Fertigungsverfahren simuliert wurde - dem des herzustellenden Werkstückes bzw. dessen Anforderungspro fil im Wesentlichen entspricht oder im Idealfall vollständig entspricht. Im Rahmen die ser Anmeldung kann im Wesentlichen eine Identität mit einer Abweichung von kleiner gleich 1%, 5%, 10%, 20%, 25% oder 30% von einer Masse, einem Volumen oder all gemein eines Parameters des zu fertigenden Werkstücks bedeuten. Das Simulationssystem weist ebenfalls eine Ausgabeeinheit auf, die dazu ausgebildet ist, die ausgewählte Legierung sowie das ausgewählte Fertigungsverfahren für einen Anwender auszugeben. D.h. die Ausgabeeinheit kommuniziert die ausgewählte Legie rung und/oder das ausgewählte Fertigungsverfahren an den Anwender.

Durch das erfindungsgemäße Simulationssystem ist somit eine Auswahl einer Legierung sowie eines Fertigungsverfahrens für ein zu fertigendes Werkstück mit amorphen Ei genschaften bereitgestellt, durch das ohne ein Expertenwissen des Anwenders eine geeignete Legierung sowie ein geeignetes Fertigungsverfahren für das Werkstück an gegeben werden kann. Somit kann dem Anforderungsprofil bestmöglich entsprochen werden.

In einer Ausführungsform kann die Analyseeinheit eine Berechnungseinheit aufweisen, die dazu ausgebildet sein kann, durch das Anforderungsprofil angegebene Eigenschaf ten des zu fertigenden Werkstücks zu berechnen. Hierbei kann es sich insbesondere um Eigenschaften handeln, die nicht unmittelbar aus dem Anforderungsprofil des zu fertigenden Werkstücks hervorgehen, welche jedoch für die Auswahl einer geeigneten Legierung sowie eines geeigneten Fertigungsverfahrens wichtig sind. Hierdurch wird aufgrund einer größeren Informationsdichte die Simulation sowie die anschließende Auswahl einer geeigneten Legierung sowie eines geeigneten Fertigungsverfahrens prä zisiert.

In einer Ausführungsform kann die Analyseeinheit eine erste Simulationseinheit auf weisen, die dazu ausgebildet sein kann, in Abhängigkeit des Anforderungsprofils sowie der berechneten Eigenschaften legierungsabhängig eine mechanische Beanspruchung des zu fertigenden Werkstücks zu simulieren und Informationen über die simulierte mechanische Beanspruchung zu den Simulationsdaten hinzuzufügen. Unter der mecha nischen Beanspruchung kann beispielsweise eine (geforderte) biege- und/oder Torsi onsresistenz bzw. -beanspruchung des zu fertigenden Werkstücks verstanden werden. Alternativ kann unter der mechanischen Beanspruchung auch mechanische Eigenschaf ten wie beispielsweise eine Steifigkeit des zu fertigenden Werkstücks verstanden wer den.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Analyseeinheit eine zweite Simulations einheit aufweisen, die dazu ausgebildet sein kann, in Abhängigkeit des Anforderungs profils und der Informationsdaten chemische Eigenschaften des zu fertigenden Werk stücks legierungsabhängig zu simulieren und Informationen über die simulierten che- mischen Eigenschaften zu den Simulationsdaten hinzuzufügen. Unter den chemischen Eigenschaften kann hierbei beispielsweise ein Korrosionsverhalten oder eine Medienbe ständigkeit, insbesondere, wenn das zu fertigende Werkstück Säuren und/oder Basen ausgesetzt sein wird.

Alternativ oder ergänzend kann die Analyseeinheit in einer weiteren Ausführungsform eine dritte Simulationseinheit aufweisen. Die dritte Simulationseinheit kann dazu aus gebildet sein, in Abhängigkeit des Anforderungsprofils eine Fertigung des Werkstücks mittels der in der zumindest einen Speichereinheit enthaltenen Fertigungsverfahren zu simulieren. Hierbei werden somit wie bereits vorstehend erwähnt, Werkstücke simu liert, welche mit den auf der zumindest eine Speichereinheit enthaltenen Fertigungs verfahren simuliert hergestellt werden. Die Informationen über die simulierten Ferti gungen können ebenfalls, wie in den bereits vorstehenden zwei Ausführungsformen, zu den Simulationsdaten hinzugefügt werden.

Der Vorteil hierbei ist in einer Präzisierung sowie Erhöhung der Informationsdaten und somit in einer Erhöhung der Quantität in Bezug auf die Informationsdaten zu sehen, wodurch das Simulationssystem mehr Informationen für die Auswahl der geeigneten Legierung sowie des geeigneten Fertigungsverfahrens zur Verfügung hat und somit eine genauere Auswahl erfolgen kann.

Die erste, zweite und dritte Simulationseinheit kann als eine einzige Einheit ausgebildet sein, bzw. kann es sich um eine logische Einteilung handeln. Diese können aber als eine einzige Datenstruktur bzw. als eine Funktion oder mehrere Funktionen eines Pro gramms ausgebildet sein.

Bevorzugt kann das Anforderungsprofil geometrische und/oder mechanische und/oder chemische Eigenschaften des zu fertigenden Werkstücks angeben. So kann beispiels weise unter den geometrischen Eigenschaften eine Abmessung und/oder ein Gewicht des zu fertigenden Werkstückes verstanden werden. Speziell das Gewicht des zu ferti genden Werkstückes hat beispielsweise einen Einfluss auf ein geeignetes Fertigungs verfahren. Während zum Beispiel Werkstücke mit einem Gewicht zwischen 80gr und lOOgr bevorzugt mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden können, werden Werkstücke mit einer von dieser vorstehend genannten Gewichtsspanne abweichenden Masse zweckdienlicherweise mittels eines 3-D-Druckverfahrens hergestellt. Auch bieten sich manche Fertigungsverfahren und/oder manche Legierungen für kom plexe geometrische Strukturen des zu fertigenden Werkstückes bevorzugt an, während andere Legierungen und/oder Fertigungsverfahren für etwaige geometrische Struktu ren unzweckmäßig sind. Unter den mechanischen Eigenschaften können vorzugsweise jedoch nicht abschließend die bereits vorstehend beschriebenen mechanischen Eigen schaften des zu fertigenden Werkstückes verstanden werden.

Ebenfalls können unter den chemischen Eigenschaften des zu fertigenden Werkstückes die bereits vorstehend genannten chemischen Eigenschaften verstanden werden. Hier unter kann jedoch auch beispielsweise eine Qualität der auszuwählenden Legierung verstanden werden, also z.B. speziell ein Sauerstoffgehalt der jeweiligen Legierung. Diese chemische Eigenschaft ist zweckdienlicherweise in Bezug auf eine Größe des zu fertigenden Werkstücks zu betrachten, da vorzugsweise bei großen zu fertigenden Werkstücken(z.B. 2-6mm bei Zr basierten Legierungen) auch höhere Anforderungen an die Qualität des Ausgangselements gesetzt werden. Bei kleineren zu fertigenden Werkstücken (z.B. <2mm bei Zr basierten Legierungen) ist im Hinblick auf eine Kos teneffizienz die Qualität und speziell der Sauerstoffgehalt der Legierung unter Umstän den vernachlässigbar. Weiterhin kann jedoch unter der chemischen Eigenschaft auch eine Biokompatibilität der Legierung verstanden werden, welche sich insbesondere im medizinischen Bereich bzw. bei medizinischen Anwendungen niederschlägt. So haben sich speziell kupferfreie Legierungen im medizinisch-technischen Bereich als vorteilhaft erwiesen. Bezüglich des bereits vorstehend erwähnten Korrosionsverhaltens aber auch im Hinblick auf eine sogenannte metallische Ionenfreigabe, beispielsweise bei einer Schweißentwicklung, haben sich speziell Zirkonium-, titan- oder platinbasierte Legie rungen als vorteilhaft erwiesen.

Somit können die Informationsdaten in einer Ausführungsform Informationen über zu mindest eine physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Eigenschaften angeben. Insbesondere handelt es sich hierbei um die nachfolgend aufgeführten Ei genschaftsgruppen:

- Thermische Eigenschaften der Legierung,

- Medienbeständigkeit der Legierung,

- Chemische Eigenschaften, - Amorphizität in Abhängigkeit eines Verunreinigungsgrades (Sauerstoffgehalt),

- Beanspruchungsabhängige Alterungserscheinungen und/oder

- Abkühlverhalten der Legierung.

Speziell letztgenannte Eigenschaft, also das Abkühlverhalten der Legierung, bezieht sich vorzugsweise auf das auszuwählende Fertigungsverfahren, während die anderen vorstehend aufgezählten Eigenschaften/Eigenschaftsgruppen primär auf das zu ferti gende Werkstück abzielen. Die Speichereinheit kann z.B. als Datenbank ausgebildet sein. Dann können die vorgenannten Eigenschaften beispielsweise als Datensatz in der Datenbank hinterlegbar oder hinterlegt sein.

In einer Ausführungsform können die Informationsdaten ergänzend Informationen über die Fertigungsschritte der Fertigungsverfahren enthalten. Hierbei kann es sich bei den Informationen, insbesondere um eine Stempelgeschwindigkeit und/oder eine Aus gangstemperatur der zu verarbeitenden Legierung handeln. Jedoch können auch ande re prozesstechnische Informationen über die Fertigungsschritte des Fertigungsverfah rens Teil der Informationen sein. Somit wird die Auswahl insbesondere eines geeigne ten Fertigungsverfahrens weiter verbessert.

In einer Ausführungsform kann die Analyseeinheit dazu ausgebildet sein, in Abhängig keit des Anforderungsprofils eine Vorauswahl innerhalb der Speichereinheit gespeicher ten Legierung und oder an innerhalb der Speichereinheit gespeicherten Fertigungsver fahren zu treffen. Zudem kann eine Auswahl einer geeigneten Legierung und/oder ei nes geeigneten Fertigungsverfahrens anhand dieser Vorauswahl erfolgen. Bei der Vor auswahl können beispielsweise chemische Anforderungen wie die bereits genannte Bi okompatibilität der Legierung, aber auch mechanische Anforderungen, beispielsweise eine Abriebfestigkeit, eine Härte sowie elektrische Anforderungen und/oder auch mag netische Anforderungen berücksichtigt werden.

Unter der Vorauswahl kann somit verstanden werden, dass aufgrund dieser vorgenann ten Eigenschaften bestimmte Legierungen und/oder Fertigungsverfahren bereits ohne eine Simulation ausscheiden, weil ungeeignete Legierungen oder Fertigungsverfahren nicht mehr für eine spätere Auswahl in Betracht kommen, sodass ein Simulationsauf wand minimiert wird. In einer Ausführungsform kann die Analyseeinheit dazu ausgebildet sein, durch eine Zuordnung der ausgewählten Legierung sowie des ausgewählten Fertigungsverfahrens zu dem Anforderungsprofil ein Datenpaar zu generieren. Mit anderen Worten kann ei nem Anforderungsprofil eine ausgewählte Legierung sowie ein ausgewähltes Ferti- gungsverfahren zugeordnet werden und diese Zuordnung kann in Form eines Daten paares in der Speichereinheit hinterlegt werden. Weiterhin kann die Analyseeinheit in dieser Ausführungsform dazu ausgebildet sein, bei Eingabe eines in der Speichereinheit gespeicherten Anforderungsprofils durch den Nutzer eine dem Anforderungsprofil zu geordnete Legierung und ein zugeordnetes Fertigungsverfahren anzugeben. Somit kann im Falle der Eingabe eines derartigen Anforderungsprofils auf eine Simulation verzichtet werden und sofort eine geeignete Legierung sowie ein geeignetes Verfahren vorgeschlagen und ausgegeben werden.

Der Vorteil hierbei ist in dem deutlich reduzierten Simulationsaufwand zu sehen. Eben falls kann hierbei das Simulationssystem und eine Auswahl einer geeigneten Legierung und/oder eines geeigneten Fertigungsverfahrens zum einen beschleunigt und zum an deren vereinfacht werden.

Es wird weiterhin im Rahmen dieser Anmeldung ein Verfahren zur Auswahl einer Legie rung sowie eines Fertigungsverfahrens für ein fertigendes Werkstück mit amorphen Eigenschaften offenbart und beansprucht, wobei das Verfahren folgende Schritte um fasst:

- Eingabe eines Anforderungsprofils des zu fertigenden Werkstückes, insbesondere mittels einer Eingabeeinheit,

- Berechnung von mechanischen und/oder chemischen und/oder physikalischen Parametern und Abgleich der berechneten Parameter mit gespeicherten Informationsdaten, die eine Information über physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Eigenschaften mehrerer Legierungen zur Fierstellung von Werkstücken mit amorphen Eigenschaften enthält,

- Simulation mehrerer Werkstücke in Abhängigkeit des Anforderungsprofils sowie der Informationsdaten,

- Erstellung von Simulationsdaten auf Basis der Simulationen,

- Bewertung der simulierten Werkstücke auf Basis der Simulationsdaten sowie des Anforderungsprofils, - Auswahlen einer Legierung sowie eines Fertigungsverfahrens für das zu fertigende Werkstück auf Basis der Bewertung,

- Ausgeben der ausgewählten Legierung sowie des ausgewählten Fertigungsverfahrens.

In einer Ausführungsform des Verfahrens können Eigenschaften des zu fertigenden Werkstücks, die durch das Anforderungsprofil angegeben werden, berechnet werden.

In einer Ausführungsform kann ein legierungsabhängiges Simulieren einer mechani schen Beanspruchung des zu fertigenden Werkstücks erfolgen. Dies kann in Abhängig keit des Anforderungsprofils sowie der berechneten Eigenschaften erfolgen. Weiterhin können Informationen über die simulierte mechanische Beanspruchung zu den Simula tionsdaten hinzugefügt werden.

In einer Ausführungsform können zudem chemische Eigenschaften des zu fertigenden Werkstücks in Abhängigkeit des Anforderungsprofils und der Information legierungsab hängiges simuliert und Informationen über diese simulierten chemischen Eigenschaften zu den Simulationsdaten hinzugefügt werden.

Alternativ oder ergänzend zu den vorgenannten Ausführungsformen kann eine Ferti gung des Werkstücks in Abhängigkeit des Anforderungsprofils mittels der gespeicher ten Fertigungsverfahren simuliert werden. Anschließend können Informationen über die simulierten Fertigungen zu den Simulationsdaten hinzugefügt werden.

In einer Ausführungsform können mittels der Informationsdaten Informationen über zumindest eine physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Eigenschaften angegeben werden, insbesondere ausgewählt aus:

- thermische Eigenschaften der Legierung,

- Medienbeständigkeit der Legierung,

- chemische Eigenschaften,

- Amorphizität in Abhängigkeit eines Verunreinigungsgrades,

- beanspruchungsabhängige Alterungserscheinungen und/oder

- Abkühlverhalten der Legierung.

Hierdurch ist sichergestellt, dass zumindest die Eigenschaften, die zur Auswahl einer geeigneten Legierung und/oder eines geeigneten Verfahrens wichtig sind, angegeben werden und somit dem Verfahren zur Auswahl zugrunde liegen. In einer weiteren Ausführungsform kann eine Vorauswahl an gespeicherten Legierun gen und/oder gespeicherten Fertigungsverfahren in Abhängigkeit des Anforderungspro fils getroffen werden. Ferner kann in dieser Ausführungsform eine Auswahl einer Le gierung und/oder eines Fertigungsverfahrens anhand der Vorauswahl erfolgen.

In einer Ausführungsform kann ein Datenpaar durch eine Zuordnung der ausgewählten Legierung sowie des ausgewählten Fertigungsverfahrens zu dem Anforderungsprofil generiert werden. Anschließend kann das generierte Datenpaar in der Speichereinheit gespeichert werden.

Erfolgt nun eine Eingabe eines Anforderungsprofils, welches bereits auf der Speicher einheit hinterlegt ist, wird vorzugsweise keine Simulation gestartet, sondern eine Aus gabe einer von dem gespeicherten Anforderungsprofil zugeordneten Legierung und eines dem Anforderungsprofil zugeordneten Fertigungsverfahrens.

Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein computerlesbares Spei chermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu ver anlassen, ein Verfahren zu implementieren, wenn das Verfahren von den mindestens einen Prozessor ausgeführt wird. Bei dem Verfahren handelt es sich um das vorstehend beschriebene Verfahren zur Auswahl einer Legierung sowie eines Fertigungsverfahrens für ein zu fertigendes Werkstück mit amorphen Eigenschaften. Ferner wird eine Ferti gungsanlage zur Fertigung eines Werkstücks mit amorphen Eigenschaften offenbart und beansprucht, wobei die Fertigungsanlage ein Simulationssystem zur Auswahl einer Legierung sowie eines Fertigungsverfahrens für das zu fertigende Werkstück aufweist. Bei dem Simulationssystem handelt es sich hierbei insbesondere um das bereits vor stehend im Rahmen dieser Anmeldung beschriebene Simulationssystem. Weiterhin weist die Fertigungsanlage eine Fertigungseinheit auf, die dazu ausgebildet ist, ein Werkstück unter Verwendung des Simulationssystems zu fertigen.

In einer Ausführungsform der Fertigungsanlage kann die Fertigungseinheit als eine Spritzgusseinrichtung oder als eine Einrichtung zur additiven Fertigung ausgebildet sein. Unter der Einrichtung zur additiven Fertigung kann hierbei beispielsweise eine 3- D Druck-Einrichtung verstanden werden. Flierdurch kann die Fertigungsanlage auf bzw. an verschiedene Anforderungen, insbesondere hinsichtlich einer Größe der zu fertigen den Werkstücke angepasst werden. Zudem wird ein Steuerverfahren zur Steuerung einer Fertigungsanlage zur Fertigung eines Werkstücks mit amorphen Eigenschaften offenbart und beansprucht. Das Steuer verfahren dient insbesondere zur Steuerung der vorstehend beschriebenen Fertigungs anlage. Hierbei wird die Fertigungsanlage mit einer Legierung sowie einem Fertigungs verfahren betrieben, wobei sowohl die Legierung als auch das Fertigungsverfahren, insbesondere mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Auswahl einer Legie rung sowie eines Fertigungsverfahrens ausgewählt sind.

Die im Hinblick auf das Simulationssystem aufgeführten Vorteile und bevorzugten Aus gestaltungen sind sinngemäß auf Verfahren zur Auswahl einer Legierung und/oder ei nes Fertigungsverfahrens, das computerlesbare Speichermedium sowie auf die Ferti gungsanlage und deren Steuerverfahren zu übertragen und umgekehrt.

Das Simulationssystem und die Fertigungsanlage können auch räumlich getrennt von einander angeordnet sein. Hierbei können das Simulationssystem und die Fertigungs anlage dann über ein Kommunikationsnetzwerk, z.B. dem Internet, miteinander kom munizieren. Die Ausgabe der geeigneten Legierung sowie des geeigneten Fertigungs verfahrens und/oder die Eingabe des Anforderungsprofils kann beispielsweise auf einer Website oder über eine Programmierschnittstelle, wie z.B. einer API erfolgen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisiertes Simulationssystem zur Auswahl einer Legierung sowie eines Fertigungsverfahrens für ein zu fertigendes Werkstück mit amor phen Eigenschaften;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Fertigungseinheit sowie

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Werkzeugs.

Fig. 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Simulationssystem 2. Das Simulationssystem 2 ist zur Auswahl einer Legierung sowie eines Fertigungsverfahrens für ein zu fertigen des Werkstück 4 (vgl. Fig. 4) mit amorphen Eigenschaften ausgebildet.

Hierzu weist das Simulationssystem 2 gemäß Fig. 1 eine Eingabeeinheit 6 auf, die zur Eingabe eines Anforderungsprofils A für das zu fertigende Werkstück 4 dient. Hiermit ist es somit ermöglicht, dass ein Anwender die geforderten Eigenschaften des zu ferti genden Werkstückes 4 in Form des Anforderungsprofils A dem Simulationssystem 2 zur Verfügung stellt bzw. das Simulationssystem 2 mit dem Anforderungsprofil A speist.

Weiterhin weist das Simulationssystem 2 zumindest eine Speichereinheit 8 auf, die da zu ausgebildet ist, Informationsdaten I zu speichern, wobei die Informationsdaten I Informationen über physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Eigen schaften mehrerer Legierungen L zur Herstellung von Werkstücken 4 sowie Informatio nen über Fertigungsverfahren V angeben. Die Speichereinheit 8 kann hierzu beispiels weise über mehrere Partitionen verfügen und/oder mehrteiligen ausgebildet sein, sich also aus mehreren Teilspeichereinheiten zusammensetzen. Weiterhin ist die Speicher einheit 8 kommunikativ und bidirektional mit einer Analyseeinheit 10 verbunden.

Die Analyseeinheit 10 ist hierbei derart eingerichtet, in Abhängigkeit des Anforde rungsprofils A sowie der Informationsdaten I mehrere Werkstücke 4 zu simulieren. Dies dient zur Erstellung von Simulationsdaten. Weiterhin ist die Analyseeinheit 10 derart eingerichtet, auf Basis der Simulationsdaten sowie des Anforderungsprofils A die simu lierten Werkstücke zu bewerten, bevor auf Basis der Bewertung einer Legierung L so wie ein Fertigungsverfahren V, welches im Hinblick auf das Anforderungsprofil A des zu fertigenden Werkstückes 4 besonders geeignet sind, ausgewählt werden.

Um die vorstehenden Verfahrensschritte zu realisieren, weist die Analyseeinheit 10 ei ne Berechnungseinheit 12 auf mittels der durch das Anforderungsprofil A angegebene Eigenschaften des zu fertigenden Werkstückes berechnet werden. Weiterhin weist die Analyseeinheit 10 eine erste Simulationseinheit 14 auf. Mittels der ersten Simulations einheit 14 erfolgt eine Simulation einer mechanischen Beanspruchung des zu fertigen den Werkstückes 4 auf Basis und in Abhängigkeit des Anforderungsprofils A sowie der berechneten Eigenschaften. Hiernach werden die Informationen über die simulierte mechanische Beanspruchung zu den Simulationsdaten hinzugefügt.

In analoger Weise weist die Analyseeinheit 10 noch eine zweite Simulationseinheit 16 sowie eine dritte Simulationseinheit 18 auf. Mittels der zweiten Simulationseinheit 16 erfolgt eine Simulation chemischer Eigenschaften des zu fertigenden Werkstückes 4 in Abhängigkeit des Anforderungsprofils A sowie der Informationsdaten I. Mittels der drit ten Simulationseinheit 18 wird eine Fertigung des Werkstücks 4 mittels der in der Spei chereinheit 8 enthaltenen Fertigungsverfahren V simuliert. Sowohl die Informationen über die chemischen Eigenschaften, welche von der zweiten Simulationseinheit 16 be- reitgestellt werden, als auch die Informationen über die simulierten Fertigungen, wel che von der dritten Simulationseinheit 18 generiert werden, werden anschließend zu den Simulationsdaten hinzugefügt und für eine Auswahl einer geeigneten Legierung L sowie eines geeigneten Fertigungsverfahrens V im Rahmen der Bewertung durch die Analyseeinheit 10 herangezogen. Die Auswahl und die Bewertung erfolgt hierbei der art, dass die Legierung L und das Fertigungsverfahren V ausgewählt werden, die die durch das Anforderungsprofil A bestimmten Eigenschaften des zu fertigenden Werkstü ckes 4 erfüllen oder zumindest im Wesentlichen erfüllen. Falls mehrere Legierungen L und/oder mehrere Fertigungsverfahren V in Frage kommen, so wählt die Analyseeinheit 10 diejenige Legierung L und das Fertigungsverfahren V aus, welches im Hinblick auf übergeordnete Präferenzen, beispielsweise im Hinblick auf eine Kosteneffizienz, am geeignetsten sind.

Nach der Auswahl der geeigneten Legierung L sowie des geeigneten Fertigungsverfah rens V durch die Analyseeinheit 10 erfolgt eine Ausgabe der ausgewählten Legierung L sowie des ausgewählten Fertigungsverfahrens V durch eine Ausgabeeinheit 20. Die Ausgabeeinheit 20 kann hierbei beispielsweise eine optische Ausgabeeinheit 10 sein, bei der die Ausgabe auf einem Bildschirm erfolgt.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Analyseeinheit 10 dazu ausgebildet, durch eine Zuordnung der ausgewählten Legierung L sowie des ausgewählten Fertigungsverfah rens V zu dem Anforderungsprofil ein Datenpaar zu generieren. Hierbei wird das gene rierte Datenpaar in der Speichereinheit 8 hinterlegt. Erfolgt nun eine Eingabe eines in der Speichereinheit 8 hinterlegten Anforderungsprofils A, so wird eine dem Anforde rungsprofil A zugeordnete Legierung L und ein dem Anforderungsprofil A zugeordnetes Fertigungsverfahren V angegeben, ohne, dass eine Simulation stattfindet.

In einer Ausführungsform ist es denkbar, dass das Simulationssystem 2 ein künstliches neuronales Netz aufweist, um die Auswahl der geeigneten Legierung L und/oder des geeigneten Fertigungsverfahrens V zu optimieren.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Fertigungseinheit 38, die als eine AMM (Amorphous-Metal) - Spritzgussanlage ausgebildet ist. Die Fertigungseinheit 38 umfasst eine Form im Werkzeug 40 und eine Schmelzkammer 42. Der Schmelzkammer 42 wird über einen Roboter ein massives Legierungssegment einer amorph erstarren den Legierung (Rohling) 44 zugeführt und mittig in einer Induktionsspule 46 platziert. Der Rohling 44 (in Abbildung „4" statt „44") wird innerhalb der Schmelzkammer 42 mit- tels eines Heizelements insbesondere eines Induktionsfeldes, welches durch die Induk tionsspule 46 erzeugt wird, erhitzt. Bei dem Rohling 44 handelt es sich um ein massi ves Legierungssegment einer amorph erstarrenden Legierung. Das Legierungssegment 44 weist zum Beispiel einen bestimmten Anteil Palladium, Platin, Zirconium, Titan, Kup fer, Aluminium, Magnesium, Niobium, Silizium und/oder Yttrium auf.

Durch das Heizelement bzw. die Induktionsspule 46 wird der Rohling 44 zum Schmel zen gebracht, sodass er in schmelzflüssiger Form vorliegt. Vorzugsweise wird der Roh ling 44 auf eine Temperatur von 1050 °C aufgeheizt. Durch einen Kolben 48 wird das schmelzflüssige Material in das Werkzeug 40 eingespritzt.

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau eines Spritzwerkzeuges 40. Mittels einer oder einer Vielzahl von Öffnungen 50, die in eine Formkammer 52 des Werkzeuges 40 füh ren, wird die Formkammer 52 mit einer Schmelze gefüllt. Die Formkammer 52 ist als eine Negativform des herzustellenden Werkstücks 4 ausgelegt. In dem Ausführungs beispiel der Figur 3 ist vorgesehen, dass eine Öffnung 50 dazu verwendet werden kann, flüssiges Material in die Formkammer 52 zu führen. Es kann vorteilhaft sein, mehrere Angüsse zur Füllung der Formkammer 52 zu nutzen, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erzielen als auch, um Verwirbelungen der Schmelze zu verrin gern. Eine gleichmäßige Temperaturverteilung und eine geringe Anzahl von Verwirbe lungen führen zu einem besseren Kühlvorgang, zu einer homogenen Abkühlung und damit zu gleichmäßigen amorphen Materialeigenschaften.

Innerhalb der Formkammer 52 muss das flüssige Material schnell auskühlen, um eine Kristallisation zu verhindern. Das Auskühlen des flüssigen Materials hängt stark von der Geometrie des herzustellenden Bauteils bzw. Werkstücks 4 ab.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel be schränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbe sondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebe nen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Ge genstand der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste:

2 Simulationssystem

4 Werkstück

6 Eingabeeinheit

8 Speichereinheit

10 Analyseeinheit

12 Berechnungseinheit

14 erste Simulationseinheit

16 zweite Simulationseinheit

18 dritte Simulationseinheit

20 Ausgabeeinheit

22 künstliches neuronales Netz

24 Eingangsdaten

26 Merkmalsdetektoren

28 erste Faltung

38 Fertigungseinheit

40 Werkzeug

42 Schmelzkammer

44 Rohling einer amorph erstarrenden Legierung

46 Induktionsspule

48 Kolben

50 Öffnung

52 Formkammer

A Anforderungsprofil

I Informationsdaten

L Legierung

V Fertigungsverfahren