Phänomenologische Erfassung und quantitative Analyse von Größeneffekten bei der Miniaturisierung von laserunterstützten Massivumformprozessen mit FE Methoden

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Neben analytischen und experimentellen Vorgehensweisen ermöglichen heute Simulationstechniken mit der FEM die Beschreibung von Umformvorgängen und der Spanbildung. Die Simulation versagt jedoch bei der Skalierung von Prozessen, in denen durch die Kleinheit der Bauteile Größeneffekte, die bisher nicht modelliert werden können, auftreten. Durch spezielle Untersuchungen werden die Größeneffekte für die laserunterstützte Mikro-Massivumformung phänomenologisch erfaßt und quantifiziert. An Hand der hierbei gewonnenen Ergebnisse werden die Grenzen heutiger Simulationsmethoden hinsichtlich der Skalierung von Umformprozessen mittels iterativer Anpassung von FEM Simulationen dargelegt. Basierend darauf werden Ansätze zur Modellierung von Größeneffekten und damit zur Weiterentwicklung der FEM entwickelt, die dann exemplarisch umgesetzt und verifiziert werden sollen, bevor eine Anwendung auf die Fertigung komplexen Werkzeuge und Werkstücke erfolgt. Ziel ist die Anwendung der laserunterstützten Mikro-Umformung auf hochlegierte Stahleisen-Werkstoffe, die bis heute im Bereich der Mikrofertigung aufgrund der extrem schwierigen Formbarkeit im Kaltbereich eine untergeordnete Rolle spielen, die aber gerade für den Aufbau komplexer dreidimensionaler hybrider Mikrosysteme von entscheidender Bedeutung sind. Zukünftig sollen mit den gewonnenen Erkenntnissen über die Umformung Analogien zu den trennenden Verfahren der Mikrozerspanung identifiziert werden, wobei der Spanbildungsprozeß primär als ein Umformvorgang mit Trennkriterium behandelt wird.