Additive Fertigung einkristalliner Nickel-basierter Komponenten durch elektronenstrahlbasiertes Pulverbettschmelzen (T12*)

• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 190389738

Die elektronenstrahlbasierte Additive Fertigung (PBF-EB) ermöglicht die Herstellung von einkristallinen (SX)-Proben mit genau definierter Ausrichtung. Die Homogenisierungsbehandlung ist bereits nach wenigen Minuten abgeschlossen und die resultierenden Eigenschaften sind denen von herkömmlichem, im Feingussverfahren hergestelltem SX-Material, überlegen. Letzteres resultiert aus der beispiellosen Homogenität der additiv hergestellten Einkristalle. Darüber hinaus wurden in früheren Arbeiten die grundlegenden Mechanismen für die Bildung von PBF-EB Einkristallen und geeignete Prozessfenster identifiziert. Die Machbarkeit wurde jedoch bisher nur anhand einfacher Proben nachgewiesen, d. h. größere Teile oder Komponenten wurden bisher noch nicht hergestellt. Darüber hinaus bestehen die PFB-EB SX-Proben aus einem SX-Kern, der von einer polykristallinen Hülle umgeben ist. Diese polykristalline Randschicht erfordert bei diesem Stand der Technik einen erheblichen Nachbearbeitungsaufwand und einen großen Materialüberschuss für ein Bauteil. Ziel dieses Projekts ist es, auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse SX-Prozessstrategien für komplexe Geometrien zu entwickeln und diese auf reale Bauteile anzuwenden. Hierzu müssen Prozessstrategien erarbeitet werden, um das SX-Prozessfenster für einfache Geometrien auf komplexe zu übertragen und die Dicke der polykristallinen Randzone zu reduzieren. Dies wird in einem ersten Schritt im digitalen Bereich durch den Einsatz numerischer Simulation in Kombination mit multikriterieller Optimierung erfolgen. Die zugrundeliegenden Kriterien leiten wir aus unserem erworbenen Wissen zur SX-Bildung ab. In einem zweiten Schritt werden diese Strategien im Rahmen von PBF-EB-Prozessen umgesetzt. Dafür sind offene, frei programmierbare Maschinen mit vollem Zugriff auf die Prozesssteuerung zwingend erforderlich. Darüber hinaus muss die Strategie auch realistisch umsetzbar sein. Dazu muss eine sehr genaue Kenntnis der Maschineneigenschaften vorliegen, z.B. die Sprunggenauigkeit als Funktion der Geschwindigkeit, der Strahldurchmesser als Funktion der Strahlleistung oder wie schnell die Leistung reguliert werden kann.

• DFG-Verfahren: Transregios (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: TRR 103: Vom Atom zur Turbinenschaufel - wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Unternehmen: Arcam AB
• Teilprojektleiterin: Professorin Dr.-Ing. Carolin Körner