Projekt BadgeB

Kurzbeschreibung

Problemlage

Der Einsatz additiver Fertigungstechnologien für lasttragende, zyklisch beanspruchte Bauteile wird gegenwärtig durch das mangelnde Verständnis über die Wechselwirkung zwischen der Prozessführung, den Prozessparametern und der damit eingestellten Mikrostruktur mit der daraus resultierenden Betriebsfestigkeit und Lebensdauer dieser Bauteile unter realen Betriebslasten limitiert. Ohne dieses Verständnis können keine Bauteile als lasttragende Endprodukte mit reproduzierbaren, prognostizier-baren Eigenschaften additiv gefertigt werden.

Verbundprojektziel

Ziel des Verbundvorhabens Badge-B ist es, mit Hilfe von systematischen Untersuchung der Wechselwirkung zwischen der Prozessführung, den Prozessparametern und den daraus resultierenden Bauteileigenschaften am Beispiel des Selektiven Laserschmelzens (SLM) additiv gefertigte, betriebsfeste Bauteile in Form von Demonstratoren zu entwickeln. Der Zusammenhang zwischen dem Ausgangswerkstoff, der Prozessführung und der daraus resultierenden Schwingfestigkeit der aufgebauten Bauteile soll exemplarisch anhand der Werkstoffe Inconel 718 und Aluminium (AlSi7Mg0,7) und deren Kombination mit Kunststoff (z.B. Spritzguss) untersucht werden. Für diese Werkstoffe sollen systematisch zyklische Werkstoffkennwerte ermittelt und validiert und ein grundlegendes Verständnis der Zusammenhänge gewonnen werden. Aus diesen Kenntnissen soll ein weltweit einmaliges prozess-basiertes Bemessungskonzept für betriebsfeste SLM-Bauteile abgeleitet und implementiert werden. Letztendlich soll so dieser additive Fertigungsprozess für lasttragende Endprodukte für den realen Einsatz qualifiziert werden. Diese Endprodukte sollen vergleichbare Festigkeits- und Lebensdauereigenschaften aufweisen wie konventionell hergestellte Bauteile.

Vorgehensweise

Im Rahmen von Badge-B wird auf die maßgebliche Parameter wie Oxidierung und Feuchteaufnahme des Pulvers, Bauteilausrichtung, Belichtungsstrategie und Laserstrahl-Parameter und die daraus resultierende Oberfläche, Mikrostruktur und Eigenspannungen fokussiert. Anhand von Kleinstproben werden für diese Parameter die zyklischen Werkstoffkennwerte ermittelt und mittels des örtlichen Konzeptes auf Bauteile übertragen. In einem iterativen Vorgehen werden sowohl die Ausgangspulver als auch die Prozessführung bzw. die Prozessparameter in Abhängigkeit der ermittelten Werkstoffkennwerte dahin gehend optimiert, Festigkeiten und Lebensdauern zu erzielen, die mit herkömmlich hergestellten Bauteilen vergleichbar sind. Nach Verifizierung über vereinfachte Bauteile wird das Bemessungskonzept in ein SLM-gerechtes Design mit Topologieoptimierung nach bionischen Prinzipien eingebunden. Das SLM-gerechte Design wird anhand ausgewählter Demonstratoren validiert.

Ergebnisverwertung

Die Betriebsfestigkeit von SLM-Bauteilen ist ein wesentlicher Faktor beim industriellen Einsatz von mittels SLM gefertigten Bauteilen speziell in Branchen wie Aerospace und Automotive, Energieerzeugung und Medizintechnik. Der Nachweis hoher Betriebsfestigkeit bzw. die Weiterentwicklung der Bauprozesssteuerung, um dieses Ziel zu erreichen, ist daher ein sehr wichtiger Baustein für die Etablierung der Technologie im breiten industriellen Einsatz. Die Konsortialpartner von Badge-B haben für sich die additive Fertigung als strategische Technologie identifiziert bzw. ist bereits einer ihrer Kernkompetenzen. Die Ergebnisse von Badge-B fließen daher direkt in den Produktentwicklungsprozess und erweiterten Ingenieursdienstleistungen ein. Die Konsortialpartner decken dabei eine Vielzahl von für die Additive Fertigung relevanten Branchen ab, so dass die innerhalb von Badge-B erzielten Ergebnisse breite Anwendung finden werden. Die Ergebnisse werden darüber hinaus gezielt in bestehende industrielle und wissenschaftliche Netzwerke der Partner kommuniziert, um eine möglichst große Breitenwirkung zu erzielen. Hierzu gehört auch der Transfer in die studentische Ausbildung, die von der TU Darmstadt und dem Fraunhofer LBF angeboten wird.