Qualifizierung geeigneter Zusatzwerkstoffe, Strukturbildungsprozesse und Charakterisierung von DED-L-gefertigten Komponenten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Arne Röttger
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512940050

Das übergeordnete wissenschaftliche Ziel dieses Teilprojektes ist die genaue Beschreibung des Gefügebildungsprozesses bei der DED-L-Prozessierung von Fülldrähten aus Werkzeugstahl. Neben der Beschreibung des Gefügebildungsprozesses aus der Schmelze und im Festen (alternierende Wärmeeinbringung) bei homogener Wärmeableitung soll der Einfluss einer instationären Wärmeableitung als Folge einer komplexen Geometrie (topologieoptimiertes Design) auf den Gefügebildungsprozess verstanden werden. Für eine etwaige technologische Verwertbarkeit der erhobenen Erkenntnisse wird als Anwendungsbeispiel ein Werkzeug für die Warmumformung mit innen liegenden Kavitäten betrachtet. Ausgangspunkt für die Untersuchungen sind die topologieoptimierten Strukturen. Die erzeugten Proben werden hinsichtlich des sich lokal gebildeten Gefüges (Beugungsexperimente mittels Röntgen- und Synchrotronstrahlung, REM mit den daran adaptierten Methoden EBSD, EDX) und den lokalen Eigenschaften (Nanoindentation) grundlegend untersucht. Von besonderem Interesse ist die Ermittlung des Zusammenhangs zwischen dem sich lokal bildenden Gefüges, der Phasenstabilität bei der Erzeugung komplexer Strukturen (instationäre Wärmeableitung = lokal unterschiedliche Gefügeausbildung) und den sich lokal bildenden Materialeigenschaften. Mit dem gewonnenen Wissen über die lokal resultierenden Eigenschaften kann rückgekoppelt das Modell zur Topologieoptimierung und Eingangswerte für die Prozessregelung genannt werden. Die notwendigen Daten zur Abbildung der lokalen Zeit-Temperaturverläufe werden über die Messungen der Temperaturen und der Schmelzbadgeometrie ermittelt und fließen in die Simulationen zur Abbildung des Gefügebildungsprozesses mit Hilfe der Phasenfeld- und der Calphad-Methode ein. Weitere Untersuchungen befassen sich mit der Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses zur gezielten Beeinflussung der oberflächennahen Gefüge bzw. Eigenschaften durch ein laserbasiertes Post-Processing. Auch soll überprüft werden, ob durch eine oberflächennahe Umschmelzung mit nachgeschaltetem Härten und Anlassen homogene Gefüge und Materialeigenschaften über die Oberfläche komplex geformter AM-Bauteile erzielt werden können. Diese Untersuchungen erfolgen an den spanend bearbeiteten Oberflächen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5620: Simulationsgestützte Auslegung der fertigungsgerechten Herstellung von belastungsoptimierten Freiformbauteilen mittels Laserauftragschweißen (DED-LB/M)