Multi-Material-Injector-Casting (MMIC)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Braunreuther; Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501941276

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die reproduzierbare Herstellung eines Bauteils mit Tailored Properties in einem Multi-Material-Injector-Casting-Verfahren (MMIC). Die Interaktion der beiden Schmelzen erlaubt die freie Einstellbarkeit der Ausprägung der Grenzschicht zwischen den Werkstoffen. Dadurch wird es ermöglicht, den richtigen Werkstoff am richtigen Ort im Bauteil zur Verfügung zu stellen, um optimal an die Anforderungen angepasste Materialeigenschaften zu gewährleisten. Beispielhaft wäre eine Kombination von Verschleißfestigkeit im Arbeitsbereich und mechanischer Festigkeit im Bereich der Anbindungspunkte zu nennen.Insbesondere die Durchmischung der Schmelzen aufgrund von Dichteunterschieden und Turbulenzen stellt eine Herausforderung im Forschungsvorhaben dar und erfordern explizit eine Modellbildung. Hierzu werden umfangreiche Simulationen durchgeführt, um alle relevanten Ursache-Wirkungs-Ketten abschätzen zu können. Zur Validierung der Simulationsergebnisse wird ein Versuchsstand für Wassermodellversuche aufgebaut. Hier ermöglicht ein Stereo-Kamerasystem die Rekonstruktion der Strömungsverhältnisse mittels Tracer-Partikeln. Diese Ergebnisse fließen sowohl in die Auslegung des Gießprozesses als auch der Steuerung ein. Die Verbindung des Gießverfahrens und der Gießanlage mit der Steuerung orientiert sich an den Prinzipien der Cyber-Physischen-Systeme, um eine mögliche Entwicklung einer echtzeitfähigen Regelung in einem Folgeprojekt gewährleisten zu können. Die Sensorik und Aktorik wird so gewählt, dass die Identifikation von Ursache-Wirkungs-Ketten und von nicht messbaren Prozessgrößen mittels Softsensor auf Basis der realen Daten möglich ist. Die Kalibrierung des Thermo-Stereo-Kamerasystems umfasst sowohl verschiedene Verzerrungsparameter als auch die Vorhersage des Verhaltens von Tracer-Partikeln in den Strömungen bspw. durch Anwendung eines Kalman-Filters.Durch einen Abgleich der vorhergesagten Führungsgröße mit dem im Bauteil aufgetretenen Gradienten, durch Korrelationen und Muster in den Simulationsdaten, dem Verhalten der Parameter während des Gießverfahrens und über identifizierte Ursache-Wirkungs-Ketten der Einflussparameter wird die Steuerung sowie das Ventil-System validiert. Eine mögliche Entwicklung einer automatisierten Regelung bspw. über einen Softsensor wird abschließend eruiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen