Im Rahmen unseres Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" wurden bereits folgende Projekte bearbeitet:
SPP2122 Materials for Additive Manufacturing
Qualification of new steel-alloying strategies for LAM powders by combined in-situ additivation, agglomeration and in-/post-process treatment
Das Hauptziel des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Schwerpunktprogramms 2122 ist die Synthese neuer Metall- und Polymerpulver für die effiziente laserbasierte additive Fertigung durch Formulierungen, Additivierung und (chemische) Modifikation von neuen und kommerziellen Pulvern. Dadurch soll die Auswahl für die der laserbasierten additiven Fertigung (LAM) zugänglichen Pulvermaterialien deutlich erweitert werden. Die Verbesserung der Verarbeitbarkeit beinhaltet Anforderungen wie effiziente, zyklusarme, hochreproduzierbare und präzise laserbasierte additive Fertigungsprozesse.
Eines der elf Teilprojekte ist das Tandemprojekt „Qualification of new steel-alloying strategies for LAM powders by combined in-situ additivation, agglomeration and in-/post-process treatment” in Kooperation des Leibniz Instituts für Werkstofforientierte Technologien – IWT mit der Universität Bochum – Lehrstuhl Werkstofftechnik (LWT) und der Universität Dortmund – Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT). Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung neuer Ausgangsstoffe für die additive Fertigung und deren Qualifizierung für die Verarbeitung von martensitisch, härtbaren Werkzeugstählen oder Gusseisen durch LAM.
Durch das Mischen von Eisen- und Ferrolegierungspulvern soll der Gehalt bestimmter Elemente wie Cr, Mn, Ni erhöht werden, um bspw. weißes Gusseisen und ledeburitische Kaltarbeitsstähle herzustellen. Auch die Mischungen aus Ferrolegierungspulvern und reinen Elementen, die durch Agglomeration zu fließfähigen Pulvern konditioniert werden, sollen in vegleichbarer Weise verarbeitet werden. Es wird davon ausgegangen, dass ähnliche Legierungen bzw. chemische Zusammensetzungen, trotz der unterschiedlichen Verarbeitungswege, gleichwertige Eigenschaften der Pulver erreichen können.
Dies würde bedeuten, dass nur wenige Basispulver mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen benötigt werden, um mehrere Legierungen zu erzeugen. Die additive Fertigung auf Laserbasis kann die Entwicklung neuer Legierungen aufgrund wirtschaftlicher und verfahrenstechnischer Vorteile erheblich beschleunigen, da der Mikrostrukturbildungsprozess und die damit verbundene Bildung von inneren Defekten vom LAM-Verdichtungsprozess entkoppelt werden kann.
Zur Bearbeitung der komplexen werkstofforientierten Forschung innerhalb des SPP 2122 werden alle Aspekte in einem ganzheitlichen Ansatz hinsichtlich der Pulverherstellung, -konditionierung und -verarbeitung (IWT), des Legierungsdesigns und der Gefügeuntersuchung der entworfenen Pulver (LWT) sowie der mikrostrukturellen, mikro-magnetischen und mechanischen Charakterisierung der SLM-Bauteile (WPT) behandelt.
Weitere Informationen zu dem Teilprojekt oder auch dem Gesamtprojekt SPP 2122 finden Sie hier.
Eine der Veröffentlichungen zu dem Projekt finden Sie hier.
Kontakt:
M.Sc. Anna Strauch
Tel.: +49421 218 51327
E-Mail: strauch(at)iwt-bremen.de
HIP⁴AM - Heiß-Isostatisches Pressen für die Additive Fertigung
Am Leibniz IWT wurde im Rahmen des Projekts HIP4AM eine heißisostatische Presse (HIP) mit integrierter Abschreckeinrichtung zur Nachverdichtung und Hochdruckwärmebehandlung von hochfesten, metallischen Bauteilen installiert.
Die Presse ermöglicht die Wärmebehandlung bei bis zu 1400°C unter einem isostatischen Gasdruck von bis zu 2000 bar. In Kombination mit der integrierten Abschreckeinrichtung ist die Entwicklung von kombinierten HIP-Wärmebehandlungsprozessen ermöglicht.
Die Anlage ergänzt die am Institut bestehende durchgängige Prozesskette der additiven Fertigung vom Pulver zum geprüften Bauteil und ermöglicht die Untersuchung des werkstofftechnischen Potentials dieser Prozesse. Die Beschaffung wurde mit Mitteln aus dem EFRE-Programm Bremen 2014-2020 unterstützt.
Bearbeitung: WT-LW, WT-WB, ECOMAT
Förderung: EFRE-Programm Bremen 2014-2020
Laufzeit: 04/2019 – 04/2021
Kontakt:
M.Sc. Daniel Knoop
Tel: +49-421/51435
E-Mail: dknoop(at)iwt-bremen.de
@ALL - Additive Fertigung für Aluminium-Trägerraketen-Strukturen
In dem Luft- und Raumfahrt Forschungsprojekt wurde die additive Fertigung von Sekundärstrukturen in Trägerraketen aus hochfesten Aluminiumlegierungen thematisiert.
Hierbei stand sowohl die Industrialisierung der bestehenden Legierung Scalmalloy®, als auch die Entwicklung gänzlich neuer, günstigerer und dennoch hochfester Aluminiumlegierungen im Mittelpunkt. Untersuchungen entlang der gesamten additiven Prozesskette, von der Pulverherstellung über die LPBF-Verarbeitung bis hin zur Werkstoffprüfung, ermöglichten das Erlangen eines umfassenden Verständnisses über die additive Verarbeitbarkeit und die materialkundlichen Mechanismen. Des Weiteren wurden zwei Demonstratorstrukturen im Hinblick auf die mögliche Geometriefreiheit einer Topologieoptimierung unterzogen und anschließend mittels LPBF hergestellt.
Dieses Vorhaben wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
Das Projekt konnte im November 2020 erfolgreich abgeschlossen werden.
Bearbeitung: IWT-WT / VT
Förderung: EFRE-LURAFO 1010A
Kontakt:
M.Sc. Marcel Hesselmann
Tel.: 0421 218-64549
E-Mail: hesselmann(at)iwt-bremen.de
Eigenschaften additiv gefertigter, stickstofflegierter Stähle (Add FeN I)
Das selektive Laserschmelzen (L-PBF) von Cr- und CrMn-Stählen mit hohem Stickstoffanteil, die zur Herstellung von nickelfreien Medizinprodukten verwendet werden könnten, ist für die Medizinindustrie von großem Interesse.
Aufgrund mangelnder Kenntnisse ist derzeit jedoch nur eine kleine Gruppe von Stahlpulvern für diese Anwendung verfügbar. In diesem Projekt wird den Werkzeugstählen Stickstoff durch Gaszerstäubung unter Stickstoffatmosphäre sowie durch Gasnitrieren der Pulver zugesetzt, um die Festigkeit und ggf. Korrosionsbeständigkeit zu steigern. Etwa 0,18 Massen-% Stickstoff können gaszerstäubten Pulvern des austenitischen rostfreien Stahls 316L und des martensitischen Stahls X30CrMoN15-1 zugesetzt werden, indem die Stähle unter Stickstoffatmosphäre geschmolzen werden. Das Gasnitrieren führt zu einer höheren Stickstoffabsorption in den Pulvern (zum Beispiel 0,3 bis 0,4 Massen-% Stickstoff in 316L und 0,6 Massen-% in X30CrMo7-2 bei einer Nitriertemperatur von 420 °C). Alle Stahlpulver weisen eine gute Fließfähigkeit und Packungsdichte auf und können daher mittels L-PBF erfolgreich verarbeitet werden. Die Bauteile zeigen eine Steigerung der Festigkeit gegenüber dem N-freien Zustand.
Bearbeitung: IWT-VT, IWT-WT, RUB, TU Dortmund
Förderung: DFG Zo 140/22-1
Kontakt:
Dr. Chengsong Cui
Tel.: +49421 218 51404
E-Mail: cscui(at)iwt-bremen.de
Schwingfestigkeit SLM-generierter Werkstoffe
Additive Fertigungsverfahren weisen als relativ neue und wachsende Technologie Vorteile im Hinblick auf die benötigte Zeit und die entstehenden Kosten bei der Fertigung komplexer Bauteilgeometrien auf.
Additiv gefertigte Bauteile haben jedoch einen gewissen Porenanteil im Gefüge, die die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften unumgänglich macht. Vor allem die resultierende Schwingfestigkeit wurde bisher nur geringfügig untersucht. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden daher die Ermüdungseigenschaften selektiv lasergeschmolzener Proben, die aus einem austenitischen Stahl und einem Werkzeugstahl gefertigt werden, untersucht. Die Versagensursachen als auch die Dauerfestigkeitskennwerte werden ermittelt. Parallel hierzu wird eine Methode zur Vorhersage der Dauerfestigkeit selektiv lasergeschmolzener Stähle auf Basis von metallografischen Untersuchungen entwickelt.
Bearbeitung: IWT-WT
Förderung: DFG
Kontakt:
Dr.-Ing. Jens Schumacher
Telefon: +49421 218 51375
E-Mail: schumacher(at)iwt-bremen.de
Charakterisierung und Modellierung der Mehrfachumwandlungen in Werkzeugstählen bei additiven Verfahren
Laserpulverauftragschweißen (LPA) ist eines der additiven Fertigungsverfahren (AF).
Für die Produktion metallischer Bauteile durch LPA sind die Kenntnis und die Kontrolle der Mikrostruktur entscheidende Aspekte. Die Entwicklung des Gefüges wurde mittels Synchrotron-XRD-Messtechnik in-Prozess untersucht. Die Abbildung zeigt die Entwicklung des Austenitgehalts an 5 verschiedenen Höhenpositionen der gebauten Probe. In den ersten zwei Dritteln der Probenhöhe findet nach der Auftragung mehrerer Schichten auf der Oberseite keine bzw. nur teilweise Wieder-Austenitisierung statt, was zum Anlassen des gebildeten Martensits und damit zu einem Härteabfall führt. Andererseits wird das obere Drittel der Probe vollständig wieder-austenitisiert und bei der finalen Abkühlung martensitisch umgewandelt, was zu hoher Härte führt. Die experimentellen Arbeiten haben zur erfolgreichen FE-Simulation beigetragen.
Bearbeitung: IWT-WT-PA/WB, BIAS, ZeTeM/Universität Bremen
Förderung: BMWi-AiF/FOSTA
Kontakt:
N.N.
CustoMat3D – Maßgeschneiderte LAM-Aluminiumwerkstoffe für hochfunktionale, variantenreiche Strukturbauteile in der Automobilindustrie
Ziel des Projektes CustoMat3D ist die Entwicklung einer simulationsgestützten, werkstoffspezifischen Laser Additive Manufacturing (LAM) Prozesskette für die Automobilindustrie.
Konkret sollen neue Aluminiumlegierungen für das LAM entwickelt werden, welche die automotive-spezifischen Anforderungen an Betriebsfestigkeit, Crash, Bauteilgüte etc. erfüllen. Schlussendlich soll die Prozesskette an hochfunktionalen Fahrzeugstrukturen validiert werden.
Das IWT für die Entwicklung maßgeschneiderter Aluminiumwerkstoffe für die LAM-Fertigung verantwortlich. Es wurde ein Legierungskonzept entwickelt, welches die schnellen Abkühlgeschwindigkeiten im LAM Prozess nutzt um eine wettbewerbsfähige Alternative zu weit verbreiteten Werkstoffen darstellt. Die Eignung des Werkstoffs wurde an Hand von Struktur- und Fahrwerkskomponenten aus dem Automobilbau demonstriert.
Bearbeitung: WT-LW, VT-SK, EDAG Engineering GmbH, Concept Laser GmbH, Mercedes-Benz AG, ECKA Granules Germany GmbH, Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT, MAGMA Gießereitechnologie GmbH
Förderung: BMBF ProMat_3D 03XP0101G
Laufzeit: 02/2017 – 01/2020
Kontakt:
M.Sc. Daniel Knoop / Farhad Mostaghimi
Tel.: +49421 218 51435
E-Mail: dknoop(at)iwt-bremen.de
StaVari - Additive Fertigungsprozesse für komplexe Produkte in variantenreicher und hochfunktionaler Stahlbauweise
Ziel dieses im Rahmen des BMBF-Forschungsprogramms ProMAT3D Verbundprojektes StaVari, an dem zehn Partner aus Industrie und Wissenschaft beteiligt sind, ist die Entwicklung einer gesamten Prozesskette für die laseradditive Fertigung von Strukturbauteilen aus Stahl für die Automobil- und Medizintechnikindustrie.
Das Hauptziel ist, die Herstellbarkeit hochfunktionaler und komplexer LAM-Bauteilen und deren Kombinierbarkeit mit konventionellen Halbzeugen zu demonstrieren. Das IWT bestimmte hierbei das Legierungskonzept Mittelmanganstahl (ca. 5-12 % Mn) mit mehreren Legierungsvarianten, entwickelte erfolgreich den Pulververdüsungsprozess und arbeitete an einer Wärmebehandlung für die additiv gefertigten Bauteile. Aufgrund der Interdisziplinarität der Aufgaben arbeiten die beiden Hauptabteilungen „Werkstofftechnik“ und „Verfahrenstechnik“ des IWT in diesem Projekt eng zusammen.
Bearbeitung: IWT-WT-LW, IWT-VT-SK
Förderung: BMBF 02P15B052
Kooperationspartnerschaften: EDAG Engineering GmbH, Ziehm Imaging GmbH, Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH, Indutherm Gießtechnologie GmbH, Concept Laser GmbH, Carl Cloos Schweißtechnik GmbH, Hema Electronic GmbH, Leibnitz Institut für Werkstofforientierte Technologien, Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT, Technische Universität Chemnitz, Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung
Kontakt:
M.Sc. Lena Heemann / Farhad Mostaghimi
Tel.: +49421 218 51414
E-Mail: heemann(at)iwt-bremen.de
Additive Fertigung von High-Entropy-Alloys (HEA) (PaCCman)
Für die kürzlich neu eingeführte Materialklasse namens High-Entropy-Alloys (HEA) wird der Partikelverstärkungseffekt über die in-situ Erzeugung von Nitriden untersucht.
Durch N2-Spülen von Metallschmelzen und anschließender Rascherstarrung mittels Gaszerstäubung können somit Pulver hohen N2-Gehalts von bis 0,2 wt. % erzeugt werden. Die synthetisierten Pulver werden nachfolgend additiv zu cm-skaligen Proben gefertigt, umgeformt und wärmebehandelt. Der Einfluss der einzelnen Prozessschritte auf die Verfestigungsmechanismen und Gefügebildung sind dabei Ziel der Untersuchung. So konnte am Beispiel einer CoCrFeNi-Legierung ein positiver Einfluss der Partikelverstärkung auf die Mikromechanik der erzeugten metallischen Pulver und durch L-PBF (laser-powder-bed-fusion) hergestellten Proben nachgewiesen werden. Weiterhin wurden Pulver, deren Prozessierbarkeit im L-PBF Auftragsprozess nicht gegeben war, mittels nanoskaliger Additive der Art verbessert werden, sodass eine optimale Fließfähigkeit erzielt wurde. Dieser Pulverkonditionierungsschritt ermöglicht die Verwendung des Feinanteils < 20 µm im L-PBF Prozess und führt zu einer enormen Ausbeutesteigerung von ca. 20 %. Fließverbessernde Wirkung von nanopartikulären Beschichtungen auf Metallpulvern für die Additive Fertigung am Beispiel des dynamischen Schüttwinkels für CoCrFeNi-Pulver.
Bearbeitung: VT SPK
Kooperationspartnerschaften: MPI-Eisenforschung, Düsseldorf
Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft im Schwerpunktprogramm 2006 „Legierungen mit komplexer Zusammensetzung – Hochentropielegierungen (CCA-HEA); Förderkennzeichen: UH77/11-1
Kontakt:
M.Sc. Eric Gärtner
Telefon: +49421 218 64502
E-Mail: e.gaertner(at)iwt.uni-bremen.de
LHASa - Laseradditive Fertigung von hochfesten Aluminiumstrukturen
Ziel dieses Projektes ist die additive Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Aluminium Legierungen.
Betrachtet wird die komplette Prozesskette von der Pulverherstellung bis zum getesteten Bauteil, wobei sich das Vorhaben in folgende Teilschritte gliedert:
- Legierungsentwicklung entsprechend der Bauteilanforderungen
- Entwicklung einer Pulververdüsungsanlage sowie die Pulverherstellung und Charakterisierung
- Verfahrensentwicklung des Laserstrahlschmelzprozesses für hochfeste Al-Legierungen
- Wärmebehandlungsstrategien für Bauteile aus hochfesten Al-Legierungen
- Tests der gefertigten Bauteile
Die Untersuchungen zur Wärmebehandlung fokussieren sich auf den Einfluss der Behandlung auf die mechanischen Eigenschaften der Bauteile und die Beherrschung des Verzugs.
Bearbeitung: WT-LW, IWT-VT
Förderung: ZIM 16KN021235
Kontakt:
Dr.-Ing. Anastasiya Tönjes
Telefon: +49421 218 51491
E-Mail: toenjes@iwt-bremen.de
