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DFG Schwerpunktprogramm 2122
„Materials for Additive Manufacturing“

 
  • Teilprojekt „Development of surface tailored metal powders for increased production efficiency at the laser powder-bed fusion additive manufacturing process" 
  • Laufzeit: 01.01.2019 bis 31.12.2021, coronabedingte Verlängerung bis 31.03.2022
  • Anschlußprojekt: Laufzeit bis 31.12.2024
  • Ansprechpartner: Nick Hantke, M. Sc.

ZIM-Kooperationsprojekt FluxHAMa

Ausgangssituation

Zwei bekannte Verfahren für die direkte Herstellung metallischer Bauteile in der additiven Fertigung sind das pulverbettbasierte Metallschmelzen mittels Laserstrahl (PowderBedFusion-LaserBeam/Metal (PBF-LB/M)) und das pulverbettbasierte Metallschmelzen mittels Elektronenstrahl (PowderBedFusion-ElectronBeam/Metal (PBF-EB/M)). Bei diesen Verfahren erfolgt das Aufschmelzen und die anschließende Verfestigung von metallischem Pulvermaterial selektiv und schichtweise mit Hilfe eines fokussierten Laser- bzw. Elektronenstrahls. Dabei werden die mechanisch-technologischen Eigenschaften während des Bauprozesses generiert und stehen somit in direkter Abhängigkeit der verwendeten Prozessparameter. Die Prozessführung beim PBF-LB/M ist maßgeblich beeinflusst durch Größen wie die Laserleistung, Belichtungsgeschwindigkeit, Spurabstand, Schichtdicke sowie der Wahl des Schutzgases, Vorheiztemperatur und Bauplattformwerkstoff. Diese treffen weitestgehend ebenfalls auf das PBF-EB/M-Verfahren zu. Hierbei unterscheidet sich die Energiequelle und damit einhergehend die Vorheizung sowie die Prozessatmosphäre. Durch die hohen Prozesstemperaturen sind parameterabhängige Schwankungen der chemischen Zusammensetzung im Vergleich von Ausgangsmaterial zu gefertigtem Bauteil feststellbar, verursacht durch verdampfungsaffine Legierungselemente. Dies macht die chemische Zusammensetzung ebenfalls zu einer wesentlichen Einflussgröße zur Feststellung der Qualität eines additiv gefertigten Bauteils.

Forschungsvorhaben

Weder in der Industrie noch im Bereich der Forschung existiert derzeit ein standardisiertes Verfahren zur Bestimmung geeigneter Prozessparameter auf Grundlage der chemischen Zusammensetzung. Ziel des Projektes ist daher die Quantifizierung der Korrelation zwischen der elementaren Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und des gefertigten Bauteils sowie damit einhergehend die Herstellung von Referenzproben aus Metallpulvern unter der Beachtung aller Vorgaben der ISO 17034 und ISO 17025. Die Entwicklung eines schnellen und preiswerten Analyseverfahrens mit Hilfe eines Röntgenfluoreszenzspektrometers stellt dabei eine maßgebliche Innovation für Anwender der PBF-Prozesse dar. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung eines Probenvorbereitungsverfahrens und die Herstellung eines pulverbasierten Kalibrierprobensatzes für die Röntgenfluoreszenzanalyse. Exemplarisch kommen für die Versuchsreihen die für die additive Fertigung kommerziell erhältlichen Pulvermaterialien Edelstahl (1.4404), Werkzeugstahl (1.2709) und eine Aluminiumlegierung (3.2382) zum Einsatz.

  • Laufzeit: 01.09.2021 bis 31.08.2023
  • Ansprechpartnerin: Nele Kretzer, M. Sc.

 

Bilaterale Industrieprojekte zur Hybriden Additiven Fertigung