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Im Rahmen unseres Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" werden folgende Projekte derzeit bearbeitet:

LuFo V-3 Verbundprojekt „Realisierung additiv gefertigter Integralstrukturen REGIS“

Teilprojekt: Mechanische Bearbeitung von CMT-auftraggeschweißten Bauteilen

Im Teilprojekt werden die durch die mechanische Bearbeitung eingebrachten Auswirkungen auf die Maß- und Formänderungen sowie die Werkstoffeigenschaften von mittels CMT-Auftragschweißen hergestellten Teile für Luft- und Raumfahrtanwendungen betrachtet. Der CMT-Prozess (cold metal transfer) ist trotz der Bezeichnung „cold“ ein Schweißprozess mit sehr großer thermischer Wirkung. Entsprechend können in den Strukturen hohe thermisch-bedingte Spannungen vorliegen, die bei der Zerspanung Probleme bereiten oder hohe Aufmaße erfordern. Die grobe CMT-Oberflächenstruktur erfordert zudem meist eine allseitige spanende Bearbeitung. Das Ziel dieses Projektes ist die Bestimmung von geeigneten Zerspanparametern sowie die Beherrschung des Verzugsverhaltens von CMT-Strukturen aus z. B. TiAl6V4 in Wechselwirkung mit den Einflüssen des Zerspanprozesses. Die Maß- und Formabweichungen sowie die Eigenspannungsverteilung von CMT / Substratplatten-Hybridteilen dienen als Startinformationen für die simulationsbasierte Analyse des Zerspaneinflusses.

Bearbeitung: FT

Förderung: BMBF LuFo V3

Kontakt:
Dr.-Ing. Rüdiger Rentsch
Telefon. +49421 218 51191
E-Mail: rentsch(at)lfm.uni-bremen.de

BMWi AIF ZIM Projekt „Herstellung von additiv gefertigten Aluminiumlagern mit Hartpartikel-verstärkten Laufbahnen“

Dieses Verbundprojekt zielt auf die Nutzung des Laser-Pulver-Auftrag-Schweißens (LPA) für die Herstellung von großen Al-Wälzlagern und Al-Laufringen ab, um die langen Vorlaufzeiten gusstechnischer Vorprodukte zu verkürzen.

Eine flexible Herstellung von Wälzlagerrohlingen auf Pulverbasis ist besonders für die Kleinstserienfertigung von großen Leichtbaulagern von Interesse. Mit der zusätzlichen Partikelverstärkung des Aluminiums mit sphärischem Wolfram-Schmelzkarbid könnten Wälzlagerlaufbahnen direkt im Al realisiert werden und weiteres Gewicht einsparen. Die BIAS GmbH, die IBO GmbH und das Leibniz-IWT arbeiten an der Entwicklung dieser additiven Technologie zusammen. Die Bearbeitung der Rohlinge sowie auch die Analyse der tribologischen Wechselwirkungen der partikelverstärkten Varianten mit Wälzkörpern erfolgt dabei am Leibniz-IWT. Eine verzugsgerechte Prozessgestaltung kann insbesondere für größere Lager sowie mit dem Einbringen der Partikel von Bedeutung sein.

Bearbeitung: FT, BIAS GmbH, IBO GmbH

Förderung: BMWi AIF ZIM  

Kontakt:
Dr.-Ing. Rüdiger Rentsch
Telefon. +49421 218 51191
E-Mail: rentsch(at)lfm.uni-bremen.de

RobustAM – Robuste und effiziente Prozesse für die laseradditive Fertigung

Ziel des Projektes RobustAM ist die Streuung qualitätsrelevanter Produktparameter (z. B. Porosität) bei der laseradditiven Fertigung metallischer Bauteile zu reduzieren.

Am Beispiel eines Ti6Al4V-Bauteils soll aufgezeigt werden, dass die Bauteillebensdauer durch entsprechendes Verständnis der Wechselwirkungen und Weiterentwicklung der einzelnen Prozessschritte, sowie verbesserter Prozessüberwachung, gegenüber dem Stand der Technik signifikant verbessert werden kann. So soll der erforderliche Prüfaufwand mittelfristig reduziert und idealerweise nur selektiv durchgeführt werden. Daher werden die Datenqualität aus den Prozessen, ein tieferes Verständnis der prozessschrittübergreifenden Wechselwirkungen und die Auswirkungen von Fehlern auf die Bauteillebensdauer untersucht werden.

Bearbeitung: WT-LW, AKON Robotics, AMSIS GmbH, BIAS GmbH, Materialise GmbH, Testia GmbH

Assoziierter Partner: Airbus Operations GmbH

Förderung: EFRE-LURAFO3001C

Laufzeit: 15.04.2020 bis 31.03.2022

Kontakt:
Dr.-Ing. Christian Werner
Telefon: +49421 218 51354
E-Mail: werner(at)iwt-bremen.de

                  

 

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

SupStruct3D – Phänomenologische Modellkalibrierung zur automatischen Generierung von optimierten Supportstrukturen für die Laseradditive Fertigung

Ziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines Tools, welches ermöglicht, diese Stützstrukturen für jeden Bauprozess vollautomatisch und optimiert zu erzeugen, um Prozesszeit, Material und Nachbearbeitungsaufwand zu reduzieren.

Denn Bauteile, die laseradditiv aus Metallpulver erzeugt werden, müssen i.d.R. während des Baujobs durch sogenannte Stütz- oder Supportstrukturen stabilisiert werden.

Hierzu ist zunächst eine Prüfkörperentwicklung notwendig, die gewährleistet, dass die Proben stets im Bereich der Supportstruktur (nicht im Überhang zum Einspannbereich der Zugprüfmaschine) versagen und in einem nicht vorbelasteten Zustand getestet werden. Die darauf folgende mechanische Charakterisierung variierender Supportstruktur fließt in ein erweitertes Materialmodell ein. Mit Hilfe von wenigen gedruckten Kalibrierproben kann das Modul zur Supportoptimierung dann ermöglichen, ohne langwierige Versuche die optimale Supportstruktur zu generieren.

Bearbeitung: IWT-WT-LW

Förderung: EFRE-FUE0616B

Kooperationspartner: Additive Works GmbH

Kontakt:
M.Sc. Lena Heemann
Tel.: +49421 218 51414
E-Mail: heemann(at)iwt-bremen.de

N-legierte, nichtrostende Stähle für die additive Fertigung mittels L-PBF (AddFeN II)

Ziel des Fortsetzungsantrag ist es, ein tieferes Verständnis der Mikrostrukturbildungsmechanismen und der damit verbundenen Eigenschaften von stickstofflegierten austenitischen rostfreien Stählen und Duplexstählen zu vermitteln, die von L-PBF verarbeitet werden.

Die Pulverherstellung, L-PBF-Verarbeitung der Pulver, Post-Processing und die Charakterisierung des sich bildenden Gefüges und der damit verbundenen mechanischen und chemischen Eigenschaften sind durchzuführen. Im Einzelnen sollen Untersuchungen der Partikel-Partikel-Interaktion in fließenden Pulvern Rückschlüsse auf die globalen Pulvereigenschaften erlauben und eine Korrelation zu den Pulverherstellungs- und Pulverkonditionierungsparametern ermöglichen. Die Erstarrungsreihenfolge N-legierter Austenite und Duplex-Stähle in Abhängigkeit ihres Cr- und Ni-Äquivalents sind unter Berücksichtigung der prozessspezifischen thermischen Bedingungen während der L-PBF von besonderem Interesse.

Bearbeitung: IWT-VT, IWT-WT, RUB, TU Dortmund

Förderung: DFG UH 77/12-2

Kontakt:
Dr. Chengsong Cui
Tel.: +49421 218 51404
E-Mail: cscui(at)iwt-bremen.de

Laser-Strahlschmelzen amorpher Metallpulver – Entwicklung einer synergetischen Wertschöpfungskette durch Prozessoptimierung - LaSaM

Das LaSaM-Projekt beabsichtigt, die Herstellung von Bulk-Metallic-Gläsern (BMGs) durch Laserstrahlschmelzen (LPBF) zu erweitern und ihre wirtschaftliche Anwendbarkeit auszudehnen.

Die größte Herausforderung besteht darin, die Kristallisation entlang der gesamten Prozesskette von der Pulverherstellung bis zum Einsatz im LPBF zu vermeiden, um die überlegenen Eigenschaften der BMGs zu erhalten. Dadurch können die engen Prozessfenster für eine fehlerfreie Verarbeitung im LPBF-Prozess und die Adaption der Technologie auf neue Produktgeometrien erweitert werden. Das Projekt ist eine Kooperation mit der Universität des Saarlandes und der Universität Duisburg-Essen.

Bearbeitung IWT-VT

Förderung IGF Nr.: 21227 N

Kontakt:
M.Sc. Erika Soares Barreto
Tel.: +49421 218 64514
E-Mail: sbarreto(at)iwt.uni-bremen.de

Pegasus - Entwicklung eines Druck-Gas-Zerstäubungsverfahrens zur kosten- und materialeffizienten Herstellung von Aluminium-Legierungspulver für die additive Fertigung

Im Rahmen des Projekt „Pegasus“ soll ein neuartiges Druck-Gas-Zerstäubungsverfahren (DGA) entwickelt werden, um die Kosten- und Materialeffizienz bei der Herstellung und Verarbeitung von Aluminiumpulvern deutlich zu steigern.

Die potenziell engere Partikelgrößenverteilung der mittels DGA hergestellten Pulvers steigert die Materialeffizienz und könnte somit sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile gegenüber der konventionellen Technologie schaffen. Um diese Effekte zu bewerten sollen die hergestellten Aluminiumlegierungen hinsichtlich ihrer Eignung für die Additive Fertigung untersucht werden. Der Fokus liegt hierbei vor allem auf der Charakterisierung und Verarbeitung von temperaturempfindlichen Pulverlegierungen.

Bearbeitung: IWT-VT / WT

Förderung: BMWI-AiF/ZIM

Kontakt:
M.Sc. Marcel Hesselmann
Tel.: 0421 218-64549
E-Mail: hesselmann(at)iwt-bremen.de

GenMat3D – Generierung bedarfsangepasster Materialeigenschaften mittels selektivem Laserstrahlschmelzen für Launcher Strukturen

Das übergeordnete Ziel des Projektes GenMat3D ist die Entwicklung einer neuartigen Prozessführung für die Laseradditive Fertigung im Pulverbett (LPBF), die die Fertigung von Bauteilen mit bedarfsangepassten Materialeigenschaften ermöglicht.

Einsatz finden könnte eine solche Prozessführung in integral gedruckten bionischen Großstrukturen in der Luft- und Raumfahrt. Durch die bedarfsangepasste lokale Gradierung ist eine Reduzierung der Fertigungszeiten bei gleichzeitiger Gewichtsoptimierung der Bauteile angestrebt. Um dies zu ermöglichen müssen Wirkzusammenhänge zwischen den Prozessparametern und den resultierenden Bauteileigenschaften ermittelt werden. Insbesondere auf Mikroebene gibt es bisher keine ausreichenden Kenntnisse über den Einfluss von Bauteiltemperatur- und Geometrie auf die Materialeigenschaften.

Bearbeitung: WT-LW, Ariane Group GmbH, Materialise GmbH, Reiner Seefried GmbH

Förderung: EFRE_LURAFO2002A

Laufzeit: 04/2019 – 12/2021

Kontakt:
M.Sc. Daniel Knoop
Tel.: +49421 218 51435
E-Mail: dknoop(at)iwt-bremen.de

PORE-Ti - Zerspanungsoptimiertes Drucken von Ti6Al4V-Komponenten für Verbundbauteile mit CFK

Ziel dieses Vorhabens ist die Herstellung und Zerspanung von Titan-CFK-Verbundbauteilen, deren Titankomponente mittels Selective Laser Melting hergestellt wird.

Es soll untersucht werden, ob sich die Zerspaneigenschaften des Titan-CFK-Verbundbauteils durch das Einbringen von Poren ins Titan positiv beeinflussen lassen. Ebenfalls im Fokus stehen Optimierungspotentiale der Geometrie von Bohr- und Fräswerkzeugen.

Additiv gefertigte Bauteile werden in der Regel endkonturnah gefertigt. Es kann aber nicht in jedem Fall auf eine zerspanende Nachbearbeitung verzichtet werden, vor allem wenn das gedruckte Bauteil zu einem Verbundbauteil mit einem Faserverbundwerkstoff weiterverarbeitet wird. Hierbei ergeben sich besondere Anforderungen an Fertigungsprozess und an Werkzeuge, im speziellen bei einer Kombination aus Titan und CFK.

Titan gilt als schwer zerspanbarer Werkstoff, bei dessen Zerspanung deutlich höhere Kräfte auf die Schneidkante wirken, als es bei CFK der Fall ist. Deshalb sind Werkzeuge für die Titanbearbeitung mit einer definierten Schneidkantenverrundung versehen, um Schneidkantenausbrüchen vorzubeugen. Beim CFK führt diese Verrundung jedoch zu einer verstärkten Delamination bzw. aufgeriebenen Bohrungswänden. Dies stellt für die Bearbeitung von Titan-CFK-Verbundwerkstoffen eine anhaltende Herausforderung dar.

Bearbeitung: IWT-WT/ IWT-FT/Isemann

Förderung: EFRE_LURAFO

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
Dipl.-Ing. Annika Repenning
Tel.: +49421 218 51492
E-Mail: repenning(at)iwt-bremen.de

ProAM - Vom Pulver zum Bauteil

Aufbau einer durchgängigen Prozesskette für das Additive Manufacturing von hochbeanspruchten metallischen Bauteilen

Im Rahmen des Projektes „ProAM“ wird am IWT eine vollständige Prozesskette für die Additive Fertigung von hochfesten metallischen Bauteilen aufgebaut (s. Abbildung 1). Das Ziel ist die Abdeckung des gesamten Spektrums von der Pulverherstellung über die Fertigung bis zur Qualitätssicherung. Diese geschlossene Prozesskette stellt ein Alleinstellungsmerkmal des IWT, auch im nationalen und internationalen Vergleich, dar. Die prozesskettenübergreifende Betrachtung der Fertigung hochbeanspruchter metallischer Bauteile ist seit vielen Jahren zentrales Element der Forschungsstrategie des IWT. Diese soll nun auch auf die Prozesskette additiver Fertigung übertragen werden. Vorteilhaft kann hier auf eine bereits vorhandene breite Infrastruktur und Expertise am IWT zurückgegriffen werden.

Strukturanalyse mit Xenon-Plasma-FIB-REM

Zur Erweiterung der Analytik wurde ein Focused Ion Beam-/ Rasterelektronenmikroskop (FIB-REM) beschafft, welches eine hochaufgelöste, dreidimensionale Material- und Strukturanalyse bis hin zu lokalen Eigenspannungen ermöglicht (Abbildung 2).

Hybridfertigung mittels Kaltgasspritzen und 5-Achs-Fräsen

Zur Erweiterung der Fertigungsmöglichkeiten wurde mit Mitteln des ProAM-Projektes eine Hybridfertigungszelle aufgebaut. Diese besteht aus einer Spritzkammer zum additiven Auftrag von Metallpulver mittels Kaltgasspritzen sowie einer 5-Achs-Fräsmaschine. Über ein gemeinsames Werkstückinterface (hydraulisches Spannsystem) lassen sich mit Hilfe dieser Anlage Bauteile sequentiell und iterativ sowohl additiv als auch subtraktiv bearbeiten (Abbildung 3).

Kontakt:
Dr.-Ing. Andree Irretier
Telefon: +49421 53708 12
E-Mail: irretier(at)mpa-bremen.de

Dr.-Ing. Kerstin Hantzsche
Telefon: +49421 218 51430
E-Mail: hantzsche(at)iwt-bremen.de

Dr.-Ing. Lars Schönemann
Tel.:       +49 421 218-51142
E-Mail:  schoenemann(at)iwt.uni-bremen.de

 „Vom Pulver zum Bauteil – ProAM“ wurde aus Mitteln der Europäischen Union mit dem folgenden Ziel gefördert: „Stärkung eines spezialisierten, unternehmensorientierten Innovationssystems“ und ist somit Teil des EFRE Programm Bremen 2014-2020

Laufzeit: Januar 2018 bis Ende 2021

Weitere Informationen: www.efre-bremen.de