Elektronen-Strahlschmelzanlage

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426714296

Der Lehrstuhl Hybrid Additive Manufacturing wurde zum 01.03.18 an der Ruhr-Universität Bochum neu gegründet. Im Forschungsschwerpunkt stehen die pulverbett-basierten additiven Fertigungstechnologien. Aufgrund des derzeit noch geringen Angebots metallischer Werkstoffe und des vergleichsweisen frühen Entwicklungsstands dieser Fertigungsverfahren, steht einerseits die fertigungsgerechte Gestaltung maßgeschneiderter Werkstoffe (Werkstoffdesign) und andererseits die Prozessstabilität im Vordergrund der Forschung. Bei dem beantragten Forschungsgroßgerät handelt es sich um eine Elektronen-Strahlschmelzanlage, die metallisches Pulvermaterial mit einem Elektronenstrahl aufschmilzt und verfestigt. Insgesamt werden zunächst vier Vorhaben mit dieser Anlage adressiert. Aufgrund eines parallel eingereichten Forschungsgroßgeräte-Antrags auf eine Laser-Strahlschmelzanlage, werden die Vorhaben in Elektronen-strahlspezifische und korrelierende Vorhaben aufgeteilt. Die Methodik zur Qualifizierung neuer Werkstoffe adressiert z. B. die Verarbeitung von Refraktärmetallen durch das Elektronen-Strahlschmelzverfahren. Diese Materialien zeichnen sich durch eine hohe Hitze- und Korrosionsbeständigkeit sowie hohe Festigkeit und Härte aus. Eine konventionelle Verarbeitung dieser Werkstoffe ist nur schwer zu realisieren. Das Elektronen-Strahlschmelzen hingegen weist hier ein hohes Potenzial auf. Mit der Methodik der sensorbasierten in-situ Prozessoptimierung wird ein erhöhter Erkenntnisgewinn der physikalischen Vorgänge während des Bauprozesses und das damit verbundene erhöhte Prozessverständnis erzielt. Umgesetzt wird die Methodik durch die Implementierung von Systemen zur lokalen Prozessbeobachtung. Mit der Methodik der Vakuum-Hochtemperatur-Prozessführung wird der Einfluss einer sich unterscheidenden Temperatureinbringung und Energiequelle seitens des Elektronen- und Laser-Strahlschmelzverfahrens untersucht. Beide Forschungsgroßgeräte ermöglichen aufgrund des vergleichbaren Temperaturniveaus und der Vakuumumgebung eine Gegenüberstellung der Materialeigenschaften. Die Analyse der jeweiligen Gefügestruktur in Abhängigkeit von der Temperaturverteilung im Bauteil stellt das Ziel des Vorhabens dar. Eine Kombination beider artverwandten Technologien wird mit der Methodik zur hybriden Werkstückgenerierung erzielt. Dabei führt die Erzeugung eines laserstrahlgeschmolzenen Teilstücks auf eine elektronenstrahlgeschmolzene Basis zu einem wesentlichen Erkenntnisgewinn bezüglich eines hybriden Werkstückaufbaus. Die Analyse der Gefügestruktur beider Teilstücke sowie die Betrachtung der Fügestelle sind hier entscheidend. Im weiteren Verlauf des Vorhabens wird ein Werkstoffverbund angestrebt. Die Umsetzung der Vorhaben setzt spezifische technische sowie hardware- und softwareseitige Kompatibilitäten voraus. Die beantragte Elektronen-Strahlschmelzanlage ist speziell für die Forschung konzipiert und erfüllt als einzige Anlage die gewünschten Kriterien.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Elektronen-Strahlschmelzanlage
• Gerätegruppe: 2110 Formen-, Modellherstellung und gießereitechnische Maschinen
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiter: Professor Dr. Jan T. Sehrt