Methode zur Überwindung der Bauraum-Restriktionen durch Kombination von Differential-bauweise und nachgelagerter Fügeverbindung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard A. Kirchner
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531952402

Ziel ist die Erarbeitung einer Methode für die eigenschafts- und fertigungsgerechte Trennung von großvolumigen Bauteilen für die additive Fertigung aufbauend auf der Differentialbauweise sowie dem anschließenden Fügen. Schraubverbindungen eignen sich als repräsentative Fügetechnologie in der additiven Fertigung, da sie eine weit verbreitete und gut verstandene Fügemethode darstellen. Die Zugänglichkeit und Gestaltung der Fügezone stellt einen anspruchsvollen Anwendungsfall für die zu erarbeitende Methode dar. Als additives Fertigungsverfahren wird das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen der Leichtbau-Legierung AlSi10Mg genutzt, für das beim Antragsteller ein großes Prozesswissen vorliegt. Durch die konstruktionsmethodische Analyse sowohl des L-PBF-Verfahrens als auch der Prozessschritte beim Schrauben wird die Übertragbarkeit der erarbeiteten Methode auf andere Fügetechnologien erreicht. Es wird auf einen einzelnen Demonstrator verzichtet und stattdessen auf mehrere anwenderspezifische Fallbeispiele für die Erarbeitung einer Datenbank zurückgegriffen. Ergänzend zur Integralbauweise soll die Differentialbauweise verstärkt angewandt werden, um auch widersprüchliche Anforderungen an ein Bauteil zu erfüllen. Die Differentialbauweise erlaubt dabei das gestaltungszonenspezifische Anpassen von Bauteilgestalt, Herstellungs-, Trenn- und Fügeverfahren an die Anforderungen. Um die Gestaltungs- und Bewertungsmethode und die notwendigen Modelle zu erarbeiten, werden die folgenden Forschungsfragen beantwortet: FF1: Wie lässt sich die Lage der Trenn- und Fügeflächen unter Berücksichtigung von Anforderungen, Bauteilfunktionen sowie Restriktionen aus Fertigungs- und Fügeverfahren modellbasiert bewerten? FF2: Wie lässt sich der Einfluss der Verbindungstechnik auf die funktionsrelevanten Bauteil-eigenschaften bei der Trennflächenfestlegung erfassen, gezielt nutzen und bewerten? FF3: Wie können die Potenziale der additiven Fertigung am Beispiel gewindeformender Schrauben als Bauteilverbindung bei der Gestaltung der Fügezone genutzt werden? FF4: Wie lassen sich die Erkenntnisse zu den Einflussparametern, Wirkmechanismen sowie Restriktionen und Eigenschaften der Fügeverfahren maschinenlesbar darstellen? FF5: Lässt sich eine graphenbasierte Darstellung des durch Wirkmechanismen verknüpften Gesamtsystems in der additiven Fertigung rechnergestützt kontextsensitiv nutzen? Es werden Modelle und Methoden bereitgestellt, um die additive Fertigung auch für große Bauteile bei ganzheitlicher Bewertung einsetzen zu können. Durch die gleichberechtigte Bewertung von Trennen und Fügen wird ein ressourcenschonendes additives Fertigen ermöglicht und die Funktionen des additiv gefertigten Bauteils sichergestellt. Um für komplexe Bauteile gleichermaßen eine methodisch unterstützte Bewertung zu ermöglichen, soll mittels einer Datenbank und eines angepassten Graphen prototypisch eine kontextsensitive digitale Hilfestellung für die Produktentwicklung erprobt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen