SFB 814:  Additive Fertigung

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Maschinenbau und Produktionstechnik ; Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2023
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 61375930

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen durch einen schichtweisen Aufbau der Bauteile maximale geometrische Gestaltungsfreiheit ohne formgebende Werkzeuge zu benötigen. Diese Verfahren sind folglich insbesondere für die Herstellung komplexer, primär auf Design und Funktion optimierter Bauteile prädestiniert. Der Zugang zu industriellen Anwendungen setzt eine hohe Prozess- und Bauteilreproduzierbarkeit, verlässliche und auslegbare Prozesse sowie maßgeschneiderte Bauteileigenschaften voraus. In diesem Spannungsfeld agiert der SFB 814 und fokussiert die Prozesse selektives Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen und Metallen sowie selektives Elektronenstrahlschmelzen. Der SFB 814 hat das Ziel, mittels pulver- und strahlbasierter additiver Fertigungsverfahren Multi-Material-Bauteile aus Kunststoffen oder Metallen mit definierten, reproduzierbaren und gradierten Eigenschaften herzustellen. Diese ambitionierte Vision macht die Analyse und Bewertung der gesamten Prozesskette von der Pulverherstellung, über die Prozesse bis hin zum Bauteil notwendig. Begleitend erlaubt die Simulation der einzelnen Teilprozessschritte auf mikro-, meso- und makroskopischer Ebene die Vorhersage von Prozessverhalten und Bauteileigenschaften. Im Rahmen der 1. Förderperiode des SFB 814 wurde ein grundlegendes Prozessverständnis pulver- und strahlbasierter additiver Fertigungsverfahren geschaffen. In der 2. Förderperiode erfolgte die gezielte Veränderung der Prozesse, um neue Bauteileigenschaften einzustellen. Die numerischen Werkzeuge für die Simulation wurden in ihrer Effizienz gesteigert, um erste vollständige Verarbeitungsprozesse abbilden zu können und um perspektivisch die Vorhersage von Bauteileigenschaften zu ermöglichen. Im Rahmen der 3. Förderperiode werden die verstandenen Prozesse gezielt verändert, um Bauteile aus einem oder mehreren Werkstoffen mit reproduzierbaren, gradierten und definierten Eigenschaften herzustellen. Dies geht mit dem Materialdesign für additive Prozesse bei der Pulverherstellung einher. Die systematische Ableitung von Pulver-Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen ermöglicht die Steigerung der Robustheit der Prozesse, die Realisierung neuer Bauteileigenschaften und die Herstellung von Multi-Material-Bauteilen sowie langfristig die Null-Fehler-Produktion. Simulationsseitig erfolgt die Vorhersage des Prozessverhaltens und der Bauteileigenschaften auf mikro-, meso, und makroskopischer Ebene. Die Zusammenführung der im SFB 814 implementierten Simulationen in ein virtuelles Labor soll zukünftig eine effiziente, rechnergestützte Auslegung von Werkstoffsystemen, Prozessstrategien und Bauteileigenschaften ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Internationaler Bezug: Österreich, Schweden

Laufende Projekte

• T05 - Maßgeschneiderte Eigenschaften von PBF-LB/M-Bauteilen durch lokale in situ-Legierungsbildung (Teilprojektleiter Roth, Stephan ;  Schmidt, Michael )
• T06 - Flammgeschützte additive Kunststoffbauteile (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar )
• T07 - Homogene Materialeigenschaften für PBF-EB-Bauteile (Teilprojektleiter Markl, Matthias )
• T08 - Zweifarbkamerasystem für erhöhte Prozessrobustheit (Teilprojektleiter Schmidt, Michael )
• T09 - Kalibrierung eines mesoskopischen Simulationstools für PBF-EB durch Elektronen Optischer Evaluierung (Teilprojektleiterin Körner, Carolin )
• T10 - Polypropylen Bauteile mit verbesserten mechanischen Eigenschaften durch Anpassung der Morphologien (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar )

Abgeschlossene Projekte

• A01 - Herstellung funktionaler, partikulärer Polymerwerkstoffe mittels flüssigphasenbasierter Top-Down Prozesse (Teilprojektleiter Peukert, Wolfgang ;  Schmidt, Jochen ;  Wirth, Karl-Ernst )
• A02 - Modifizierung und Strukturierung von Pulvern in Gasphasenprozessen (Teilprojektleiter Bück, Andreas ;  Peukert, Wolfgang ;  Wirth, Karl-Ernst )
• A03 - Prozessangepasste Werkstoffcharakterisierung für das Laserstrahlschmelzen (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar ;  Peukert, Wolfgang ;  Schmidt, Michael ;  Wirth, Karl-Ernst )
• A04 - Prozessbedingtes Alterungsverhalten von Kunststoffen bei pulverbasierten Schichtbauverfahren (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar )
• A05 - Selektives Laserstrahlschmelzen von Verbundwerkstoffsystemen zur Herstellung metalli-scher Leichtbaustrukturen (Teilprojektleiter Schmidt, Michael )
• A06 - Selektives Laserstrahlschmelzen von Mehrphasensystemen (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar )
• B01 - DEM Simulationen des Pulverauftrags unter Berücksichtigung der thermischen und mechanischen Eigenschaften bereits geschmolzener Bereiche (Teilprojektleiter Pöschel, Thorsten )
• B02 - Prozessstrategien für das selektive Elektronenstrahlschmelzen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Körner, Carolin ;  Markl, Matthias ;  Singer, Robert F. )
• B03 - Neue Prozessstrategien für das Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar ;  Schmidt, Michael )
• B04 - Mesoskopische Simulation des selektiven Strahlschmelzens (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Körner, Carolin ;  Singer, Robert F. )
• B05 - Additive und umformtechnische Fertigung hybrider Bauteile mit lokal angepassten Eigenschaften (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Merklein, Marion ;  Schmidt, Michael ;  Singer, Robert F. )
• B06 - Effiziente additive Fertigung von Multi-Material-Bauteilen (Teilprojektleiter Frick, Thomas ;  Roth, Stephan ;  Schmidt, Michael )
• B07 - Implementierung von reaktiven Flüssigsystemen in den Laserstrahlschmelzprozess von Kunststoffen (Teilprojektleiterin Wudy, Katrin )
• C02 - Robuste Struktur-Prozess-Optimierung (Teilprojektleiter Leugering, Günter ;  Stingl, Michael )
• C03 - Makroskopische Modellierung, Simulation und Optimierung des selektiven Strahlschmelzens mit pulverförmigen Ausgangswerkstoffen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Mergheim, Julia ;  Steinmann, Paul )
• C04 - Geometrische Mess- und Prüftechnik für die additive Fertigung (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar ;  Hausotte, Tino ;  Weickmann, Johannes )
• C05 - Mesoskopische Modellierung und Simulation der Eigenschaften additiv gefertigter metallischer Bauteile (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Körner, Carolin ;  Mergheim, Julia ;  Steinmann, Paul )
• T01 - Qualitätssicherungssystem für Pulver beim selektiven Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar ;  Schmidt, Jochen )
• T02 - Numerische Modellierung von lokalen Materialeigenschaften und daraus abgeleiteten Prozessstrategien für die pulverbettbasierte additive Fertigung massiver metallischer Gläser (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Körner, Carolin ;  Markl, Matthias )
• T03 - Prozessstrategien für die Herstellung dünnwandiger Bauteilstrukturen beim selektiven Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar ;  Stingl, Michael )
• Z - Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereichs (Teilprojektleiter Drummer, Dietmar )

• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Beteiligte Institution: Bayerisches Laserzentrum (BLZ) GmbH
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Dietmar Drummer