Additive Fertigung hochpräziser Calciumzirkonat-Gießformen für den hochentwickelten Feinguss von Stahllegierungen

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Lisa Freitag
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538765456

Ziel dieses Projekts ist es, hochpräzise Feingussformen auf der Basis von Calciumzirkonat (CaZrO3) mittels direkter additiver Fertigung anstelle des Wachsausschmelzverfahrens zu entwickeln und für den Feinguss von Stahllegierungen einzusetzen, um die Keramik-Stahl-Wechselwirkung zu untersuchen. Aufgrund der hervorragenden Korrosionsbeständigkeit von CaZrO3 gegenüber hochreaktiven Metallschmelzen wird die additive Fertigung von CaZrO3 voraussichtlich einen hohen Mehrwert für anspruchsvolle Gießereianwendungen in der Stahlindustrie und darüber hinaus bieten. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Potenzial von CaZrO3 für die Herstellung mittels zweier unterschiedlicher additiver Fertigungsverfahren – Binder Jetting und Stereolithographie – durch Vorentwicklung und Charakterisierung von Ausgangsmaterialien für die additive Fertigung (auf Pulver- oder Suspensionsbasis), Vorauswahl von Druckparametern auf der Grundlage der Literatur sowie durch Testdrucke, thermische Behandlung und Untersuchung von Proben mit einfacher Geometrie bewertet. Darüber hinaus wird die Möglichkeit untersucht, den Mechanismus der Alginatgelierung in die Verarbeitung des Ausgangsmaterials einzubeziehen. Die Untersuchung sowohl des Binder Jetting als auch der Stereolithografie dient der Risikominimierung und der Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens für die geplante Gießereianwendung sowie der Abschätzung des Potenzials für weiterführende Anwendungen, z. B. für Gusskerne. Die vielversprechendste additive Fertigungstechnologie wird für die umfassende Entwicklung und anschließende Charakterisierung von CaZrO3-Gießformen durch Binder Jetting oder Stereolithografie ausgewählt. Der Schwerpunkt liegt nicht nur auf der Skalierung des Prozesses hin zu komplexeren Proben, sondern auch auf der Funktionalisierung von Materialien und Prozessen. Die Anpassung der Materialeigenschaften kann z. B. mittels Granulierung durch Sprühtrocknung oder über die Zugabe von Magnesiumoxid zur Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit erfolgen. Die Prozessanpassung wird sich auf das Entbindern und die thermische Behandlung komplexer Probengeometrien mit Feingussformen als Zielgeometrie konzentrieren. Schließlich wird die neuartige gedruckte Gießform in Feingussversuchen mit zwei Stahllegierungen eingesetzt. Sowohl die Gussteile als auch die Form werden nach dem Gießen analysiert, um die Gießform-Metall-Wechselwirkung von CaZrO3 in Kontakt mit Stahl zu bewerten. Die Gussteile werden hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit charakterisiert, um die Eignung der neuartigen Feingussformen zu beurteilen. Die Post-mortem-Charakterisierung der Feingussformen dient der Bewertung der Recyclingfähigkeit.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Finnland
• Gastgeber: Professor Dr. Erkki Levänen