Detailseite
Projekt
Material- und prozessgerechte zerstörungsfreie Prüfung additiv gefertigter Bauteile mittels Computertomographie
Antragsteller
Dr.-Ing. Stefan Dietrich
Fachliche Zuordnung
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Förderung
Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398368987
Das selektive Laserschmelzens (Abk. SLM) ist ein additives Fertigungsverfahren (Abk. AM) bei dem durch inkrementelles Auftragen und Aufschmelzen von Pulverschichten endkonturnahe, metallische Strukturbauteile erzeugt werden können. Die hohe geometrische Komplexität solcher Bauteile führte in den letzten Jahren dazu, dass die AM in vielen Industriefeldern erforscht und auf ihre Anwendbarkeit geprüft wird. Im Rahmen der schnellen Entwicklung des SLM ergibt sich jedoch eine Vielzahl von werkstofftechnischen Fragestellungen und Problemen, die fundamental in der Anwendung und Qualifizierung dieser Fertigungstechnik und der damit erzeugten Bauteile sind. So ist beispielsweise eine kontrollierbare und reproduzierbare Porosität, welche für einen Einsatz in Strukturbauteilen notwendig ist, für die meisten Werkstoffe nicht zu garantieren. Gleichzeitig wird durch den lagenförmigen Aufbau eine Anisotropie im mechanischen Materialverhalten aufgrund der gerichtet erstarrten Mikrostruktur hervorgerufen. Durch das unvermeidliche Auftreten solcher Merkmale und Fehlstellen ist die Fragestellung der Werkstoffzustandsanalyse und Qualitätsprüfung von fertigen Bauteilen und der Korrelation zu den Herstellungsparametern und Bauteilgeometrien weitestgehend am Anfang der Forschung. Die zerstörungsfreie Prüfung stellt hierbei einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Mikrostrukturanalyse und Bauteilqualifizierung dar. Ziel dieses Projektes ist es daher, basierend auf mikro-computertomographischen Analysemethoden die Beziehungen zwischen Mikrostruktur und somit mechanischen Eigenschaften zu den Prozessparametern und der Bauteilgeometrie zu untersuchen und damit eine Verbesserung der Prozesskontrolle im Hinblick auf die Reduktion und Entstehung der Porosität zu realisieren. Hierzu soll die im SLM verbreitete Aluminiumlegierung AlSi10Mg unter Variation der Lasergeschwindigkeit, Laserleistung und des Bahnabstands bei verschiedenen bauteilnahen Geometrien und Baurichtungen untersucht werden. Dies erlaubt die eingebrachten Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu erfassen und vorherzusagen. Im Rahmen dieser Aufgabenstellung sollen automatisierte, materialographische Auswertungsmethoden hauptsächlich auf Basis von mikro-computertomographischen Daten für Mikrostrukturmerkmale im SLM entwickelt werden. Somit soll erstmals durch eine Verknüpfung der dreidimensional visualisierten Prozessparameter und der Bauteilform mit den mikrostrukturellen Charakteristika und den mechanischen Bauteileigenschaften ermöglicht werden. Dadurch eröffnet sich der Weg in eine echte Prozesskontrolle und auf Werkstoffmodellierung basierende Vorhersage des Bauteilverhaltens. Auf Basis dieser extrahierten Korrelationen in Proben und bauteilnahen Geometrien wird abschließend eine Validierung der Modellierung mechanischer Eigenschaften im In-Situ Versuch an einer Testgeometrie durchgeführt.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
