Laserstrahlverbindungschweißen von komplexen pulverbettbasierten additiv gefertigten Bauteilen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Kai Hilgenberg; Professor Dr.-Ing. Michael Rethmeier, seit 12/2020
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429808811

Bauteile können mithilfe additiver Fertigungsverfahren, wie dem LBM für Laser Beam Melting (auch bekannt als Selective Laser Melting, SLM), endabmessungsnah hergestellt werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Fertigungsverfahren ist, dass filigrane und hochkomplexe Strukturen realisiert werden können, die mit konventionellen Verfahren nicht bzw. nur unter hohem Aufwand fertigbar sind. Das Ziel des Forschungsantrages ist die Untersuchung der Anwendung des Laserstrahlschweißens auf das Fügen von LBM-gefertigten Bauteilen aus AISI 316L sowie Inconel 718.Erkenntnisse zu Werkstoff- und strukturspezifischen Eigenschaften von Laserstrahlschweißverbindungen zwischen additiv gefertigten Bauteilen sollen in einem dreistufigen Ansatz erarbeitet werden. Die drei Stufen bilden dabei drei unterschiedliche Komplexitätsgrade der additiv gefertigten Bauteile ab. So sollen Schweißstrategien erarbeitet werden, die die Schweißsicherheit und Schweißeignung von einfachen bis komplexen Bauteilgeometrien (z.B. Gitterstrukturen) gewährleisten können.In diesem Rahmen soll zunächst grundlegendes Wissen für ein sicheres Fügen von komplexen LBM-gefertigten Bauteilen erarbeitet werden. In einem nachfolgenden Schritt soll zusätzlich der Werkstoffaspekt an einer ausscheidungshärtenden Nickelbasislegierung beleuchtet werden, mit dem Ziel, die Mikrostruktur der Fügeverbindung und deren Beeinflussbarkeit zu untersuchen. Gleichzeitig soll ein Verständnis über den Einfluss der LBM-typischen Gefügestruktur auf den Schweißprozess geschaffen werden. Abschließend sollen die Erkenntnisse in allgemeine Schweißstrategien bzw. Modelle überführt werden. In Analogie zu bestehenden Ansätzen bzgl. der Bestimmung von t8/5-Abkühlzeiten werden Ansätze für den Fall der additiven Bauteile entwickelt, unter Einbezug der Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Komplexität des LBM-Bauteils. Durch die Ergebnisse des beantragten Projektes kann ein grundlegendes Verständnis über den Einfluss der LBM-typischen Gefügestrukturen und Defekte auf die Wärmeleitfähigkeit der Werkstoffe und den Effekt auf den Schweißprozess geschaffen werden. Dadurch wird die Basis für das sichere Fügen von komplexen LBM-gefertigten Bauteilen gelegt und der Einfluss des Fügeprozesses auf die Werkstoffeigenschaften schwerpunktmäßig an einer repräsentativen, ausscheidungshärtenden Legierung (Inconel 718) erarbeitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Benjamin Graf, bis 12/2020