Im Rahmen unseres Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" wurden bereits folgende Projekte bearbeitet:
InnoHatch - Innovative Hatching-Strategien zur Reduktion der Stützstrukturen beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen
Das Ziel des Projektes InnoHatch ist die starke Reduktion der notwendigen Stützstrukturen beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen durch die Entwicklung einer zuverlässigen simulationsbasierten Methode zur automatischen bauteilspezifischen Anpassung der Hatching-Strategien.
Ein wichtiger Bestandteil der additiven Prozesskette ist die Generation der Stützstrukturen. Abhängig vom Bauteil können diese bis zu 30% des gesamten Bauteilvolumens ausmachen. Die in der Nachbearbeitung zu entfernenden Stützstrukturen machen dabei bis 15% der Gesamtkosten aus. Aus diesem Grund hat sich InnoHatch die drastische Reduktion der Stützstellen zum Ziel gesetzt.
Die intelligente bauteilspezifische Planung der Hatching-Strategien (Lage und Abfolge der Laserpfade) auf Basis von Simulationen soll den Großteil der Stützstellen überflüssig machen. Auf dieser Weise wird es möglich sein, auf mindestens 50% der Stützstrukturen zu verzichten, wodurch die Produktivität um bis zu 15% gesteigert werden kann. Zum einen können Bauteile aufgrund der Reduktion des Materialverbrauchs für die Stützstrukturen um bis zu 80% schneller aufgebaut werden, zum anderen reduziert sich der Nachbearbeitungsaufwand um bis zu 50%.
Dieses Vorhaben wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
Bearbeitung: WT-LW, AMSIS GmbH
Förderung: EFRE_FUE0638B
Laufzeit: 01.09.2020 – 01.06.2022
Dieses Projekt gehört zum Forschungsschwerpunkt "Additive Fertigung" am IWT Bremen.
Kontakt:
M.Sc. Lisa Husemann
Tel.: +49421 218 51325
E-Mail: husemann(at)iwt-bremen.de
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@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@lfm.uni-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.
Dieses Vorhaben wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
Bearbeitung: IWT-WT-LW
Förderung: EFRE-FUE0616B
Kooperationspartner: Additive Works GmbH
Kontakt:
M.Sc. Lena Heemann
Tel.: +49421 218 51414
E-Mail: heemann@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@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@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@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.
Dieses Vorhaben wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
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@iwt-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.
Dieses Vorhaben wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
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 30.06.2022
Kontakt:
Dr.-Ing. Christian Werner
Telefon: +49421 218 51354
E-Mail: werner@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.
Dieses Vorhaben wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
Bearbeitung: WT-LW, Ariane Group GmbH, Materialise GmbH, Reiner Seefried GmbH
Förderung: EFRE_LURAFO2002A
Laufzeit: 01.04.2019 - 31.03.2022
Kontakt:
M.Sc. Daniel Knoop
Tel.: +49421 218 51435
E-Mail: dknoop@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@mpa-bremen.de
Dr.-Ing. Kerstin Hantzsche
Telefon: +49421 218 51430
E-Mail: hantzsche@iwt-bremen.de
Dr.-Ing. Lars Schönemann
Tel.: +49 421 218-51142
E-Mail: schoenemann@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
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
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@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@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@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@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@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@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@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
