Laser Direct Energy Deposition (DED-LB) System

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521378699

Der Forschungsschwerpunkt des Lehrstuhls für Neue Fertigungstechnologien und Werkstoffe liegt in der Entwicklung neuer Materialkonzepte unter Berücksichtigung der relevanten Fertigungstechnologien durch computergestützte und experimentelle Methoden. Neben der Ableitung von Materialkonzepten für die schmelz- und pulvermetallurgische Urformung liegt ein Fokus in der angepassten Werkstoffentwicklung für die Additive Fertigung. Die dabei betrachteten Werkstoffgruppen umfassen die Gruppe der korrosionsbeständigen Stähle, kohlenstoffmartensitisch-härtbare Werkzeugstähle, Refraktärmetalle und Hartverbundwerkstoffe. Zukünftig wird sich der Lehrstuhl verstärkt mit der Werkstoffentwicklung für den Prozess Laser-Direct Energy Deposition (DED-LB) beschäftigen. Neben der Entwicklung angepasster Werkstoffkonzepte für diesen Prozess sollen wissenschaftliche Fragen hinsichtlich des Gefügebildungsprozesses während der Erstarrung und durch den alternierenden Wärmeeintrag beantwortet werden. Dabei soll die Wechselwirkung zwischen den verwendeten Prozessparametern, dem sich bildenden Gefüge und den damit verbundenen lokalen Eigenschaften verstanden werden. Im Kontext technologischer Fragestellungen sollen Strategien zur Erzeugung gradierter bzw. hybrider Multimaterialkonzepte bzw. zur Einstellung der Gebrauchseigenschaften durch eine nachgeschaltete Wärmebehandlung erarbeitet werden. Ein hohes Interesse zur Anlagennutzung besteht auch durch andere Fachgebiete an der Bergischen Universität Wuppertal, wobei Fragen bezüglich der Produktqualität, der Möglichkeit der Erzeugung topologieoptimierter Bauteilstrukturen und der sich bei der Verarbeitung von Funktionswerkstoffen bildenden Gefüge und die damit assoziierten Eigenschaften zu beantworten sind. Hierfür kann auf eine entsprechende Laborausstattung zurückgegriffen werden. In diesem Zusammenhang sind eine Pulverzerstäubungsanlage sowie die notwendige Mess- und Analysetechnik zu nennen, die eine grundlegende Charakterisierung der Ausgangspulver, der DED-LB-prozessierten Gefüge und der damit verbundenen Materialeigenschaften auf unterschiedlichen Größenskalen ermöglichen. Die beantragte Anlage stellt somit eine sinnvolle Ergänzung zur bestehenden Laborausstattung dar und würde eine flexible Werkstoffentwicklung erlauben. Für die beschriebene Bandbreite an möglichen Anwendungen des DED-LB-Systems wird eine dem Stand der Forschung entsprechende Anlage beantragt, die sowohl über einen blauen Diodenlaser mit einer Leistung von 1,8 kW für die Bearbeitung von Cu- und Al-Basiswerkstoffen als auch über einen infrarotnahen Diodenlaser mit einer Leistung von 4 kW für die wirtschaftlichere Verarbeitung von Stählen verfügt. Die Erzeugung hybrider Strukturen und eines Multimaterialdesigns soll über die Integration von vier Pulverförderern gewährleistet werden. Die Reparatur von Werkzeugen und der Aufbau von Strukturen auf geometrisch komplex geformten Substraten ist über ein berührungsloses Scansystem in diesem Antrag vorgesehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Laser Direct Energy Deposition (DED-LB) System
• Gerätegruppe: 5740 Laser in der Fertigung
• Antragstellende Institution: Bergische Universität Wuppertal
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Arne Röttger