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Projekt
Quantifizierung von Defekten beim pulverbettbasierten Schmelzen von Metallen mittels Laserstrahl durch Sensordatenfusion und Berücksichtigung des Selbstheilungseffekts
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546347258
Die additive Fertigung in Form des pulverbettbasierten Schmelzens von Metallen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M, engl.: powder bed fusion of metals using a laser beam) ist als wichtiges Fertigungsverfahren in verschiedenen Bereichen der Industrie etabliert. Neben Prototypen zur funktionalen Absicherung werden vermehrt Einzelstücke als auch kleine bis mittlere Serien mit diesem Verfahren hergestellt. Der PBF-LB/M-Prozess führt aufgrund der Vielzahl an Einflussfaktoren, die durch Parametereinstellungen nur bedingt beeinflusst werden können, rein statistisch zu Bauteilunregelmäßigkeiten. Defekte in Bauteilen führen zu reduzierten mechanischen Eigenschaften, bspw. als Rissinitiatoren. Daher müssen sicherheitsrelevante Bauteile einer Qualitätsprüfung unterzogen werden. Die Absicherung der Eigenschaften, insbesondere für sicherheitskritische Bauteile, stellt jedoch eine Herausforderung dar und ist in der VDI-3405-Norm Blatt 2 beschrieben. Neben Prüfverfahren zur Qualitätsüberwachung und Qualifizierung des Pulvers werden Probekörper empfohlen, die in einem Fertigungsauftrag („Baujob“) neben dem zu qualifizierenden Bauteil mitgefertigt werden („Mitlaufprobe“). Die reine Prüfung der Mitlaufprobe gibt bei Unkenntnis über Ort, Art und Form der Fehlstellen aber lediglich eine Information über die globale Auswirkung aller durch den Fertigungsprozess hervorgerufenen Defekte in der Mitlaufprobe wieder. Deren Art, Verteilung und somit Auswirkung kann jedoch im zu qualifizierenden Bauteil variieren. Eine lokale Eigenschaftsabsicherung kann ergänzend durch eine nicht-zerstörende Prüfung jedes Bauteils, bspw. durch Computer-Tomografie-Scans (CT-Scans), erfolgen. Diese Prüfungen begrenzen die Einsatzfähigkeit der additiven Fertigung durch den hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand. Das Ziel des beantragten Vorhabens ist die Erkennung, Klassifizierung und Quantifizierung von Defekten unter der Berücksichtigung des Selbstheilungseffekts beim PBF-LB/M durch Prozessüberwachung und Sensordatenfusion. Die Charakterisierung umfasst die Bewertung der Auftretenswahrscheinlichkeit und die Quantifizierung der Ausprägungsmerkmale. Die Sensordatenfusion mehrerer optischer Prozessüberwachungssysteme wird sowohl auf System- als auch auf Auswertungsebene durchgeführt. Die Klassifizierung erfolgt durch die Verknüpfung von Domänenwissen und charakteristischen Datenmustern der Prozessüberwachungssysteme. Es wird der Werkstoff 1.4404 verwendet, da dieser eine hohe Relevanz besitzt, grundlegende Kenntnisse zur Defektbildung verfügbar sind und das Werkstoffsystem eine nicht zu hohe Komplexität aufweist.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
