Hochflexible Materialsynthese und Mikrostruktureinstellung durch kombiniertes Laserauftragschweißen und Kurzzeitwärmebehandlung für die Hochdurchsatzmaterialentwicklung.

• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Verfahrenstechnik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434424600

Die Hochdurchsatz-Materialentwicklung erfordert Methoden zur Synthese, Charakterisierung, Datenanalyse und Modellierung von Tausenden von Proben. Strukturmaterialien werden durch ihre Zusammensetzung und insbesondere ihre Mikrostruktur definiert, die aus der spezifischen thermomechanischen Historie der Teile während ihrer Herstellung resultieren. In diesem Projekt schlagen wir eine einzigartige, maßgeschneiderte Laser-Auftragschweißen Anlage (LMD) für die Synthese vieler, diskreter Proben verschiedener Zusammensetzungen unter spezifischen Wärmebehandlungsbedingungen vor. Die vorgeschlagenen Projekte werden sich mit der gesamten LMD-Prozesskette befassen, die physikalische und datenbasierte Modellierung wichtiger Schritte integrieren und neue Lösungen für die prozessbegleitende Überwachung der Materialumwandlungen während der Fertigung entwickeln. Das dynamische Mischen von Pulvern wird hinsichtlich Güte, Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit erforscht. Die Zusammensetzungen werden "on demand" durch Mischen von bis zu sechs Pulvern oder Pulvermischungen, einschließlich Metalllegierungen und vorsynthesierten Carbo-Nitrid-Partikeln, mit einstellbaren Durchflussraten abgestimmt. Auf diese Weise werden wir neuartige und projektspezifische Legierungspulverbibliotheken herstellen. Die Anwendung von vorlegierten Pulvern ermöglicht den Einsatz von hochschmelzenden Elementen, die beim Schweißen schwer in Lösung zu homogenisieren sind. Außerdem streben wir eine beschleunigte Identifizierung von Prozessparametern während des Mischprozesses an. Die In-situ-Prozesscharakterisierung mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und Pyrometrie/Thermographie wird von Projektbeginn an implementiert und um weitere Sensorfunktionen erweitert.Der Suchbereich wird für neuartige Materialien durch Wärmebehandlung mit einem zweiten Laser und einer induktiven Erwärmung sowie durch aktive Kühlung oder Abschreckung zur Anpassung der Wärmehistorie und Mikrostruktur der Proben erweitert. Die Synthese vieler diskreter Proben ermöglicht eine unabhängige thermische Historie jeder Probe. Der Hochdurchsatzansatz wird durch die Herstellung größerer, konventioneller Materialproben für die gängige Bearbeitung, Wärmebehandlung und mechanische Prüfung validiert. Dieses Hochdurchsatzverfahren wird durch die rechnerische Vorhersage von LMD-Prozessrouten und die Auswertung der gewonnenen Daten durch automatisierte, Algorithmen unterstützt, die eine schnelle Bewertung von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen im Hochdurchsatzverfahren ermöglichen. Die hier gewonnenen großen Datensätze werden durch strukturierte, probenorientierte Speicherkonzepte weitergegeben. Der Syntheseprozess wird hinsichtlich der hohen Reproduzierbarkeit der Proben, der Flexibilität der Zusammensetzung und der Wärmebehandlung, der Übereinstimmung der angestrebten und erreichten Probeneigenschaften und der Probeneignung für die Kurzzeitcharakterisierung und Vorhersage von Schüttguteigenschaften bewertet.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: LMD-Anlage
• Gerätegruppe: 5740 Laser in der Fertigung
• Antragstellende Institution: Universität Bremen
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Lutz Mädler
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Lucio Colombi Ciacchi; Professor Dr. Rolf Drechsler; Dr.-Ing. Nils Ellendt; Professor Dr.-Ing. Vasily Ploshikhin; Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen