Untersuchung eines neuartigen additiven Fertigungsverfahrens für Kupferlegierungen auf Basis der atmosphärischen Elektronenstrahltechnologie.

• Antragsteller: Dr.-Ing. Thomas Hassel
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410130255

Die additive Fertigung (AM) birgt ein hohes Potential zur Reduktion des Materialverbrauchs metallischer Werkstoffe bei der Herstellung von Gütern. AM umfasst eine Gattung von Prozessen, die es erlauben, komplexe dreidimensionale Strukturen auf Grundlage von CAD-Vorlagen zu erzeugen. Zurzeit sind Laser und Lichtbogen die meistgenutzten Energiequellen für drahtbasierte AM Prozesse.Ziel des hier beantragten Projektes ist die Untersuchung eines neuartigen, drahtbasierten generativen Fertigungsverfahrens auf Basis der atmosphärischen Elektronenstrahltechnologie (NVEB AM) und eine Bewertung des Potentials dieses Prozesses. Die Energieeinbringung ist für Elektronenstrahlen nahezu unabhängig vom bearbeiteten Werkstoff. Kupfer und seine Legierungen wurden als Werkstoffsystem für diese Untersuchungen ausgewählt. Auf Grundlage der hier gewonnenen Erkenntnisse, kann auch Erweiterung auf andere Werkstoffe erfolgen. Der NVEB AM Prozess wird dabei unter Einsatz von Verfahren der Prozessbeobachtung (Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, Thermographie, Kalorimetrie) sowie mit Hilfe werkstoffwissenschaftlicher Methoden (Metallographie, mechanische Prüfung, REM, XRM, EBSD, EDX) untersucht und charakterisiert, um das Prozessverständnis zu bilden. Ziel der Untersuchungen ist ein Prozess mit hoher Produktivität und Qualität für die endkonturnahe Fertigung von großen Komponenten. Um dieses Ziel zu erreichen, wird der Prozess mit Hilfe der mathematischen Modellbildung beschrieben und Prozesseinflüsse und –grenzen auf dieser Grundlage bestimmt und optimiert. Die Untersuchungen beruhen auf der Kooperation zwischen dem Institut für Werkstoffkunde (IW) der Leibniz Universität Hannover und des Instituts für Laser und Schweißtechnologie (ILWT) in St. Petersburg, Russland. Das IW setzt dabei auf experimentelle Prozessuntersuchung, die Erforschung der Prozesseinflüsse und die werkstoffkundliche Charakterisierung der Materialien. Das ILWT wird sein erfolgreiches Modell für pulverbasiertes Laserauftragsschweißen für die mathematische Modellierung anpassen und somit ein Werkzeug zum verbesserten Prozessverständnis und zur Optimierung schaffen. Die Modellierung wird durch beide Institute verifiziert und gemeinsam wird eine umfassende Bewertung des NVEB AM Verfahrens ausgearbeitet. Die experimentellen Untersuchungen am IW umfassen die Bestimmung der Prozesseinflüsse wichtiger Anlagen- und Prozessparameter wie Vorschub-, Drahtgeschwindigkeit, Positionierung, Strahlleistung und Arbeitsabstand um eine phänomenologische Prozessbeschreibung zu erarbeiten. Da die umgebende Gasatmosphäre einen entscheidenden Einfluss auf den Elektronenstrahl, die Schmelzbaddynamik und die erzeugten Werkstoffe hat, werden die Untersuchungen unter Argon, Helium oder deren Mischatmosphäre durchgeführt. Ziel ist die Ableitung funktionaler Abhängigkeiten von Strahlstrom, Vorschub, Drahtgeschwindigkeit mit makroskopischen und mikroskopischen Eigenschaften des Werkstoffes sowie der zu erzeugenden Struktur.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Gleb Turichin