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Das Forschungsfeld umfaßt die Zerstäubung flüssiger Metallschmelzen unter Schutzgas mit unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung von Partikeln zwischen 10 und 2000 µm sowie und das Sprühkompaktieren von Depositen (bis 100 kg Stückgewicht) unterschiedlicher Geometrien. Durch die Zerstäubung und der damit erzeugten hohen Gesamtoberfläche der Tropfen erfolgt die Erstarrung im Ungleichgewicht und die Gefüge und Materialeigenschaften unterscheiden sich erheblich von gegossenen Werkstoffen.

Dadurch lassen sich Legierungsgrenzen verschieben und neue Legierungen, Werkstoffverbunde, Verbund- und Gradientenwerkstoffe herstellen. Neue Zerstäubungsverfahren werden entwickelt, analysiert und für die Erzeugung von Metallpulver und Depositen eingesetzt. Die thermische Simulation der Prozesse unterstützt das Prozessverständnis und erleichtert das Up-Scaling. Die experimentellen Arbeiten umfassen Untersuchungen und Entwicklungen unterschiedlicher Basislegierungen (Fe, Al, Cu, Sn, Ni, Co, Si).



 

Projekte

  

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: dknoopiwt-bremende

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

Dieses Projekt ist Teil des Forschungsschwerpunktes "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
Dr.-Ing. Anastasiya Tönjes
Telefon: +49421 218 51491
E-Mail: toenjes@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.gaertneriwt.uni-bremende

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: hesselmanniwt-bremende

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: sbarretoiwt.uni-bremende

Spray-Slag - Aufbereitung flüssiger Hochofenschlacken zur Erzeugung CO2-emissionsarmer hydraulisch gebundener Baustoffe

Das Ziel des Vorhabens besteht darin, Hochofenschlacken, die bei der Herstellung von Zement in Form von Hüttensanden eingesetzt werden, noch effektiver zu nutzen.

Das Ziel des Vorhabens besteht darin, Hochofenschlacken, die bei der Herstellung von Zement in Form von Hüttensanden eingesetzt werden, noch effektiver zu nutzen. Dazu sollen die Hochofenschlacken noch im schmelzflüssigen Zustand mit einer innovativen Sprühtechnik besonders fein versprüht werden, um den aufwendigen Mahlprozess zu meiden und um die Vorteile der sich konzeptbedingt einstellenden ideal runden Kornform der Hüttensandkugeln in modernen und umweltfreundlichen Betonen zu nutzen.

Die hohe Viskosität der Hochofenschlacken führt bei der Zerstäubung zu unerwünschten Fasern. Dem soll u. a. durch die Erhöhung der Zerstäubergastemperatur entgegengewirkt werden, um die Ausbeute an gewünschten runden Partikeln zu steigern.

Einerseits entfällt dadurch das Granulieren, Trocknen und sehr energieintensive Mahlen der Hochofenschlacken zur Erzeugung von Hüttensanden. Andererseits lässt die erwartete ideal runde Partikelform der versprühten Hochofenschlacken Betone mit geringerem Zementbedarf als bei der Verwendung klassischer hüttensandhaltiger Zemente erwarten. Beide Einsparpotenziale lassen eine beachtliche Reduktion bisher anfallender CO2-Emissionen in der gesamten Produktionskette des Konstruktionsbetons erwarten.

Bearbeitung: IWT-WT-MPA-Bauwesen / IWT-VT

Förderung: AUF-Programm zur Förderung der angewandten Umweltforschung aus Mitteln des EFRE und des Landes Bremen, Förderkennzeichen: AUF0014B

Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Kooperationspartner: HS Bremen, Institut für Baustofftechnologie

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Udo Fritsching
Telefon: +49 (0)421 218-51230
Email: ufriiwt.uni-bremende

M.Sc. Maike Peters
Telefon: +49421 53708 71
E-Mail: peters@mpa-bremen.de

 

AiF Projekt MODULUS: Hoch-Modul-Stähle für die Additive Fertigung von Leichtbauteilen

Das Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines beschleunigten Erstarrungsprozesses durch Pulverzerstäubung und Additive Fertigung (AM) zur Herstellung von nanostrukturiertem Hochmodulstahl (Fe-TiB2) in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung MPIE, Düsseldorf.

Die steifen und leichten TiB2-Partikel im Metallmatrix-Verbundwerkstoff (MMC) auf Fe-Basis induzieren ein höheres Verhältnis von Steifheit zu Dichte, was je nach Bauteil eine Gewichtsersparnis von 10 – 20 % ermöglicht. Bei Einsatz klassischer flüssig-metallurgischer Gießverfahren wird jedoch eine starke Versprödung durch diese hierbei sehr großen (mehrere µm Durchmesser) und scharfkantigen Partikel verursacht. Durch die Anwendung von Herstellungsverfahren mit beschleunigter Erstarrung kann dieser negative Effekt deutlich vermindert werden. So konnte durch Sprühkompaktieren eine Verfeinerung der TiB2-Ausscheidungen gegenüber Kokillenguss um ca. den Faktor 100 erreicht werden (nano-skalige Partikel). Die feinverteilten Ausscheidungen führen zu einer substantiellen Verbesserung der mechanischen Eigen-schaften. Die Zugfestigkeit nimmt um ca. 60 % zu, wobei die Bruchdehnung nur unwesentlich abnimmt. Zusätzlich nimmt der E-Modul leicht ab. In diesem Projekt wird eine Prozesskette mit idealen Parametern für den industriellen Einsatz entwickelt, beispielsweise in Antriebskomponenten.

Bearbeitung: IWT-VT, MPIE

Förderung: Projekt IGF 21460