Additive Fertigungsverfahren erlauben, Bauteile lastpfad- und materialgerecht optimiert herzustellen. Das setzt voraus, dass ein fundiertes Wissen zu den Beziehungen zwischen den beteiligten Prozessen, Bauteilstrukturen und Bauteileigenschaften vorliegt, welches in den Designprozess der Bauteile einfließen kann. Ist dies nicht der Fall, dann können additiv gefertigte Bauteile vorzeitig unter Last versagen, insbesondere bei zyklischen Belastungen.

Für einen systematisierten Wissensaufbau zu den Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen werden im Rahmen des Verbundprojekts AMTwin datengetriebene Methoden entwickelt. Dazu werden Daten der beteiligten Prozesse, der verwendeten Materialien und der durchgeführten Prüfverfahren zu Bauteilen aus Ti6Al4V aufgezeichnet, die mittels Selektivem Laserschmelzen hergestellt werden. Eine datenbasierte Analyse über Prozessgrenzen hinweg zur Bestimmung der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erfordert eine systematische Verwaltung der aufgezeichneten Forschungsdaten, inklusive eines Id-Managements für eine Rückverfolgbarkeit der Bauteile. Die Dokumentation und Verknüpfung der Daten entlang der Prozesskette sind dabei zwei wesentliche Voraussetzungen.

In diesem Beitrag werden das zur Herstellung analysefähiger Datensätze notwendige Datenmanagement vorgestellt und darauf basierend detaillierte Datenanalysen zur Bestimmung von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bei additiv gefertigten Bauteilen durchgeführt.

Es wird zunächst gezeigt, welche Schritte bei der Datenverwaltung und der Datenvorverarbeitung, vor allem bei der Datenzusammenführung, notwendig sind. Die Anforderungen an das Forschungsdatenmanagement (FDM) werden beschrieben, ein Konzept für ein praktikables FDM vorgestellt und die in AMTwin umgesetzte Forschungsdaten-Infrastruktur gezeigt. Das entwickelte FDM-Konzept berücksichtigt dabei den gesamten Datenlebenszyklus von der Datenerfassung bis zur Veröffentlichung finaler Datensätze. Schwerpunkt ist die Dokumentation der Forschungsdaten auf Basis einer Anwendungsontologie zur Additiven Fertigung, mit der eine gemeinsame Fachsprache über Labor- und Projektgrenzen hinweg etabliert wird.

Nach der Herstellung analysefähiger Datensätze werden die Daten zur Bestimmung von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und hinsichtlich weitere ausgewählter Fragestellungen untersucht. Bei der Beantwortung der Fragestellungen kommen explorative Datenanalysemethoden wie z.B. Parallele-Koordinaten-Plots zum Einsatz. Parallele-Koordinaten-Plots erlauben auf leicht verständliche Art die Visualisierung von Korrelationen über Prozessgrenzen hinweg. Die Ergebnisse der Datenanalysen werden diskutiert, die wesentlichen Einflussgrößen angegeben und Schlussfolgerungen zur Optimierung von additiv gefertigten Bauteilen gezogen.

Die vorgestellten Ergebnisse sind Teil des Projektes AMTwin, das vom Freistaat Sachsen gefördert wird.