Herstellung, Charakterisierung und datengetriebene Modellierung der prozessinduzierten Eigenschaften additiv gefertigter Metall/Metall-Hybridverbunde

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Katrin Schulz; Professor Dr.-Ing. Kay A. Weidenmann
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551726051

Die additive Fertigung wurde in den vergangenen Jahren intensiv beforscht, sowohl hinsichtlich der verwendbaren Materialien als auch hinsichtlich der möglichen Prozessführungen. Nichtsdestotrotz ist die Materialpalette bis heute eingeschränkt, insbesondere was die gleichzeitige Verwendung von mehreren Materialien im 3D-Druck angeht (Multimaterialdesign). Alle Verfahren, die die schmelzflüssige Phase nutzen, sind zudem auf die metallurgische Verträglichkeit der Konstituenten angewiesen. Lediglich die Fused Filament Fabrication (FFF) hat im Bereich der Kunststoffe aber auch der Keramiken bereits das Potenzial gezeigt, auch dreidimensionale Durchdringungsstrukturen aus mindestens zwei verschiedenen Materialien zu realisieren. Nachdem inzwischen auch Filamente für den metallischen 3D-Druck entwickelt wurden, ist es naheliegend die FFF-Technologie auch auf die Darstellung von Metall/Metall-Hybridverbunden zu übertragen und dabei die Nachteile anderer, im Metallbereich gängigerer, additiver Fertigungsverfahren, zu umgehen. Dieser Ansatz liegt diesem Forschungsprojekt zugrunde. Da bei additiv gefertigten Hybriden, wie z.B. Durchdringungsverbunden, die Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen maßgeblich durch die räumliche Anordnung der Konstituenten nicht nur bestimmt ist, sondern auch in einem breiten Parameterfeld gesteuert werden kann, können Homogenität, Anisotropie und Gradierung beliebig innerhalb der Prozessgrenzen eingestellt und so die resultierenden Struktureigenschaften oder Funktionseigenschaften des Verbundes zielgerecht optimiert werden. Diese Optimierung wird im Rahmen des Vorhabens über eine Modellierungsdatenbank abgebildet, die es, durch die Nutzung FFT-basierter Simulationsansätze, erlaubt, rechnerisch kostengünstig zahlreiche Verbundparameter zu variieren, um am Ende zu einer optimierten Mikrostruktur bzw. Verbundeigenschaften zu gelangen, die im Rahmen des Projektes durch die Verwendung geeigneter Charakterisierungsmethoden bestimmt werden, was auch die Aufklärung der auftretenden Schädigungsmechanismen umfasst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Joel Schukraft