Aus den Verbänden - ZVO

Etwa 40 Teilnehmer waren am 23. und
24. März 2011 der Einladung zu einem
Workshop als Abschluss des vom
BMBF geförderten Vorhabens „An wen -
dungs orientierte Simulation zur Planung
und Produktion maßgeschneiderter,
elek trolytisch erzeugter Ober flä chen “
(AnSim) gefolgt. Die Veran stal tung
fand im Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen
und Kon struk ti onstech
nik in Berlin statt, welches auch die
Projektleitung inne hatte.
Ziel des Workshops war es, den Teilnehmern
Anregungen zu geben, wie
Simulationsmethoden für eine zielorientierte
Produktentwicklung realisiert
und eingesetzt werden können. Hierzu
wurden aus unterschiedlichen Bereichen
der Materialforschung, der Produktentwicklung
und der Simulationstechnik
Grund lagen, Modelle und Lösungsansätze
vorgestellt: die Modellierung der
plasmagestützten Schichtbildung insbesondere
beim Magnetronsputtern, bei
der Simulation von Schweißvorgängen
und schließlich bei der Erstellung von
Kennfeldern zur Steuerung von Motoren.
Vergleichbare Prinzipien
Obwohl alle diese Prozesse ihrer Natur
nach sehr unterschiedlich sind, lassen sich
doch für ihre modellhafte Beschreibung
sowie deren Simulation vergleichbare
Prinzipien entwickeln. Beim plasmagestütz
ten Beschichten können durch Monte-
Wissenschaft und Technik
Rund 40 Teilnehmer fanden den Weg nach Berlin und erhielten dort Anregungen rund um Simulationsmethoden.
AnSim-Workshop
Methodik zur durchgängigen
Prozessbeschreibung entwickelt
Carlo-Simulationen der großen Zahl
geladener und neutraler Teilchen im
Plas ma bis hin zum Hochenergie Impuls
Magnetronsputtern (HIPIMS) mit sehr
großem Rechenaufwand Energiehistogramme
erstellt werden, die den Beschichtungsprozess
recht gut beschreiben
und für eine Auslegung der Anlagen
erforderlich sind. Bei Schweißprozessen
wird demgegenüber eine Verknüpfung
von phänomenologischen und empirischen
Modellen genutzt, da es sich
hierbei um physikalisch nicht einfach
erfassbare, nicht linear gekoppelte und
komplexe Prozesse handelt. Entscheidende
Zustandsparameter sind hierbei die
Energiedichteverteilung im zu fügenden
System und im Schweißzusatzwerkstoff.
Bei der Erstellung von Kennfeldern für
die Motorensteuerung schließlich erfolgt
die Verknüpfung von Einflussgrößen und
Zielgrößen im Testfeld mit Hilfe experimenteller
Modelle oder durch Nutzung
neuronaler Netze.
Beispiel Zink und Zinklegierungen
Im Vorhaben AnSim wurde für die Galvanotechnik
eine Methodik entwickelt,
mit der sich die sehr komplexen Zusammenhänge
zwischen der Rezeptur eines
Elektrolyten und den Prozessparametern
auf die Schichtbildung und die Schichteigenschaften
durchgängig beschreiben
lassen. Die Untersuchungen wurden beispielhaft
für die Abscheidung von Zink
und Zinklegierungen durchgeführt. Mit
den einzelnen, diskreten Versuchsergebnissen
wurden neuronale Netze trainiert,
die entsprechend der Wirkungskette
Rezeptur, Prozess, Schichtbildung und
Eigenschaften vernetzt sind. Durch eine
systematische Befragung der trainierten
Netze werden durchgängige Kennfelder
gebildet. Die Analyse derartiger Kennfelder
unterstützt die Planung von neuen
Rezepturen und die Festlegung von Prozessparametern.
Die Generierung von
Kenn feldern kann durch virtuelle Experimente
unterstützt werden. Neben den im
Rahmen des Vorhabens vorgestellten statischen
Modellen zur Thematik vom Keim
zum Korn fanden besonders die Simulationen
und Berechnungen der sekundären
und tertiären Stromdichteverteilungen
mit Berücksichtigung der Hydrodynamik,
der Wasserstoffentwicklung und
lokaler Elektrolytverarmungen bei der
galvanotechnischen Metallabscheidung
Beachtung. Besondere Aufmerksamkeit
gilt hierbei der gepulsten Abscheidung
und deren Auswirkung auf die Schichtbildung.
Bei stark inhibierten Systemen
wird die entscheidende Keimbildungsrate
fast ausschließlich durch die Inhibitorkonzentration
bestimmt und kann durch eine
gepulste Abscheidung nicht mehr beeinflusst
werden. Demgegenüber wird die
Keimbildungsrate bei gering inhibierten
Elektrolyten ganz wesentlich von den
Puls bedingungen definiert.
ZVOreport Ausgabe 3 – Juni 2011 37