Qualifizierung des Glattwalzens von additiv gefertigten Bauteilen zur Erzeugung von Funktionsflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493122246

In der vorangegangenen Projektphase mit dem Titel „Qualifizierung des Glattwalzens von additiv gefertigten Bauteilen zur Erzeugung von Funktionsflächen“ wurde die grundlegende Eignung des Glattwalzverfahrens untersucht, die Oberflächeneigenschaften von Bauteilen zu optimieren, die durch das Laserstrahlschmelzen erzeugt werden. Bei den analysierten rundsymmetrischen Proben erwies sich die Prozesskombination aus additiver Fertigung und nachgelagerter Walzbearbeitung als sehr erfolgreich in der Reduktion der hohen Initialrauheit bei gleichzeitiger Steigerung der Härte und Druckeigenspannungen in der Werkstückrandzone. Durch das verschleißarme Glattwalzen ist es möglich, Komponenten nahezu ohne Aufmaß zu fertigen, dies trägt bei den aufwändigen additiven Verfahren zur Zeit- und Kostenersparnis bei. Hinsichtlich der Maßhaltigkeit und Formabweichung gilt es, die Abstimmung der Prozessschritte weiter zu optimieren, da die Endkontur gänzlich ohne subtraktive Fertigungsschritte erzielt wird. Zudem lassen sich vereinzelt verbleibende Kavitäten in der Bauteiloberfläche feststellen. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher, zum einen den Nachbearbeitungsprozess auf Freiformflächen bei gesteigerter Genauigkeit der Endkontur zu auszuweiten, zum anderen wird eine Oberflächenstrukturierung mit gezielt eingebrachten Kavitäten untersucht. Die geplanten Versuche werden mit dem martensitischen Stahl 1.2709 durchgeführt, dies schließt die Entwicklung einer angepassten Bearbeitungsstrategie ein, um die Herausforderungen abweichender Fließcharakteristiken des Werkstoffs zu berücksichtigen. Es erfolgt eine umfangreiche Charakterisierung der erzielten Bauteileigenschaften und eine Gegenüberstellung mit den vielversprechenden Forschungsergebnissen des Erstantrags. Im Hinblick auf den industriellen Einsatz motivieren sich das zukünftige Vorhaben durch die potentielle Anwendbarkeit auf Druckguss- und Umformwerkzeuge mit Bereichen gezielt gesteuerten Werkstoffflusses, wobei die Vorteile der Prozesskette bezüglich der vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten und erzielbarer Oberflächeneigenschaften ausgenutzt werden können. Darüber hinaus bestätigen die in der vorangegangenen Projektphase durchgeführten mehrskaligen Modellierungsansätze die experimentellen Beobachtungen grundsätzlich. Zur Verbesserung der Vorhersagegüte ist im Rahmen der beantragten Fortsetzung eine Kopplung der Simulationsskalen geplant, sodass die Einflüsse der hohen oberflächennahen Deformationen in einem ganzheitlichen Modell abgebildet werden können. Die Finite-Elemente-Simulation kann insbesondere bei der Auslegung der Vorkonditionierung dazu beitragen, den experimentellen Aufwand zu reduzieren, indem in Vorbereitung auf die Fertigung geeignete Oberflächentopografien identifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen