Ausgangslage:
Das Laser-Pulver-Auftragschweißen (Laser Metal Deposition – LMD) erlaubt, dank der hohen Anzahl an Freiheitsgraden bei der Prozessführung, das Herstellen verschiedenster Komponenten mit vielfältigen Eigenschaften. Das LMD-Verfahren lässt die Kombination von unterschiedlichen Materialien zu, was die Realisierung örtlich unterschiedlicher Bauteileigenschaften ermöglicht. Die Endeigenschaften des Bauteils werden durch die lokalen Prozessparameter und die Bearbeitungsstrategie bestimmt. Die Prozessführung und die Materialsysteme hingegen beeinflussen die Anzahl der Defekte im Werkstück, welche wiederum Auswirkungen auf die mechanischen Bauteileigenschaften haben. Deshalb ist es wichtig, das Entstehen von Defekten auf ein Minimum zu begrenzen. Derzeit wird eine geeignete Prozessführung zur defektfreien Fertigung experimentell mittels „trial-and-error“-Verfahren ermittelt. Dabei werden die gefertigten Komponenten auf die Entstehung von Defekten hin untersucht und dementsprechend die Prozessparameter und die Bearbeitungsstrategie variiert, bis eine geeignete Kombination gefunden wird. Diese Vorgehensweise ist zeit- und kostenintensiv.
Ziele:
Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Ermittlung des Einflusses der Prozesscharakteristika auf die Ausbildung von Defekten beim LMD-Verfahren. Die Haupteinflussfaktoren auf die Endeigenschaften der Bauteile und die Defektentstehung gilt es zu untersuchen. Dies soll an zwei ausgewählten Materialsystemen erfolgen. Außerdem sollen verschiedene Ansätze zur simulationsbasierten Analyse der Defektentstehung genauer betrachtet werden. Es soll der Aufbau einer numerischen Prozesssimulation für eine einfache Probengeometrie erfolgen, welche für die Vorauslegung der experimentellen Untersuchungen und die Analyse der Defektbildung eingesetzt wird. Durch den Abgleich von experimentellen Daten und Simulationsergebnissen sollen die Korrelationen zwischen der Prozessführung, dem Materialsystem, den Prozesscharakteristika und den erreichten Bauteileigenschaften ermittelt werden.
Ablauf:
Das Projekt gliedert sich in vier Phasen. Phase eins umfasst die Analyse der vorhandenen Daten und die Konzeption von Versuchsaufbau und -durchführung. Es erfolgt außerdem die Definition der Probekörpergeometrie, der Bearbeitungsstrategie und die simulationsbasierte Auslegung der Probenkörperfertigung. Das Ergebnis sind unter anderem die definierten Parameter für die Probenkörperfertigung. Im Anschluss werden in Phase zwei die Proben gefertigt, untersucht und die Messdaten ausgewertet. Daraufhin findet die werkstofftechnische Untersuchung der Bauteile und die Ermittlung der Haupteinflussfaktoren auf die Defektbildung im LMD-Verfahren statt. Zuletzt werden Methoden zur simulationsbasierten Analyse der Defektbildung genauer betrachtet und überprüft.
