Konstruktion, Berechnung und Herstellung komplexer geometrischer Strukturen mittels Laserstrahlschmelzen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Bernhard Müller; Professor Dr.-Ing. Ralph Stelzer
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289647464

Die additvive Fertigungsverfahren wie das Laser-Strahlschmelzen bieten die Möglichkeit, komplexe Geometrien aus metallischen Werkstoffen kosteneffizient herstellen zu können. Während die hierbei etablierte Prozesskette zur Fertigung massiver Bauteile bereits zuverlässig gute Ergebnisse liefert, kommt es bei filigranen Gitterstrukturen zu teils deutlichen geometrischen und qualitativen Abweichungen. Diese Diskrepanzen behindern bisher einen produktiven Einsatz von additiv gefertigten Gittern in lasttragenden Bauteilen. Die Antragstellenden haben im Initialen Forschungsvorhaben eine alternative Prozesskette entwickelt, welche es ermöglicht, filigrane Gitterstrukturen direkt in der CAD-Umgebung in Bauteile zu integrieren und mittels spezieller Belichtungsstrategien anschließend maßhaltig zu fertigen. Dafür sind sowohl die softwaretechnischen Komponenten wie ein CAD-Plug-In und Slicing-Algorithmen als auch die fertigungstechnischen Grundlagen wie Belichtungsstrategien und Laserparameter für den Werkstoff Ti6Al4V entwickelt worden. Den geometrischen und qualitativen Vorteilen stehen dabei jedoch eine Beschränkung auf regelmäßige Gitter undhoher manueller Aufwand bei der Qualifizierung gegenüber. Im beantragten Vorhaben sollen diese Defizite beseitigt werden. Dabei wird angestrebt, die Abhängigkeit der für Bauteile üblicherweise relevanten Qualitätskriterien von den geometrischen und technologischen Vorgaben vertiefender zu untersuchen, als dies im Initialvorhaben möglich war. In diesem Zuge soll ein Versuchsplan entwickelt werden, durch den die Anzahl der notwendigen Einzelversuche für die Adaption auf konkrete Fertigungsszenarien reduziert werden kann. Durch eine gesonderte Betrachtung undVerbesserung des mechanisch entscheidenden Bereichs am Übergang von den einzelnen Stäben zu den Knoten soll die mechanische Leistungsfähigkeit der Gitterstrukturen weiter gesteigert werden. Softwareseitig wird eine Integration von nicht-regelmäßigen Gitterstrukturen angestrebt, da so eine ideale Anpassung des Bauteilsan den individuell vorliegenden Anwendungs- und Lastfall möglich ist. Im Blickpunkt stehen weiterhin selbstähnliche und auch konturfolgende und aus Simulationsergebnissen generierte unregelmäßige Gitter. Zu untersuchende fertigungstechnische Aspekte liegen schwerpunktmäßig in der Evolution der entwickeltenBelichtungsstrategie. Auf der einen Seite geht es dabei um die weitere Steigerung der Gitterqualität, insbesondere eine Erhöhung der Oberflächenqualität und eine Reduktion der Pulveranhaftungen an den Stäben durch Entwicklung und Erprobung angepassterBelichtungsstrategien und -parameter, auf der anderen Seite um ein Konzept zur aufwandsarmen Qualifizierung des Workflows für neue Fertigungsszenarien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen