INT1 - AddTemp

Mit laserbasierten 3D-Druckverfahren können Bauteile in konkurrenzloser Formfreiheit hergestellt werden. Dies ermöglicht zum Beispiel die Gestaltung neuartiger kompakter E-Antriebe für Mobilitätslösungen der Zukunft.

Ausgangspunkt des Projekts ist die Prozesskombination aus Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB) mit cw-Laser und Ablation mit ultrakurz gepulsten (UKP) Laserstrahlen, welche erstmals im Rahmen des Projekts AddSub umgesetzt wurde. Diese Kombination erlaubt grundlegend neuartige Möglichkeiten, die Wärmeführung und damit die Abkühlgradienten im Bauteil zu beeinflussen.

Auf diese Weise soll die große Formfreiheit in der additiven Fertigung ergänzt werden um eine große Freiheit in den lokalen Eigenschaften des Bauteils, unabhängig von der Geometrie, einstellen zu können.

Ziel, Vorgehen und Nutzen

Ziel des Projekts ist die Erzeugung spezifischer Gefüge durch eine direkte Beeinflussung der Abkühlparameter, um zukünftig die lokal benötigten thermischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Bauteils einstellen zu können.

Das entstehende Gefüge soll beispielsweise durch die Nutzung zusätzlicher Wärmequellen und Eingriff in die Abkühlvorgänge beeinflusst werden. Hierfür werden wärmeableitende additiv erzeugte Strukturen ins Bauteil eingebracht und untersucht. Während des Aufbauprozesses werden sie zum gewünschten Zeitpunkt wieder entfernt. Dafür kommt die kombinierte additive und subtraktive Laserbearbeitung zum Einsatz.

Aufgrund der Vielzahl an prozesstechnischen und geometrischen Freiheitsgraden soll ein multiskaliges Modell zur Vorhersage des Temperaturfeldes und des Erstarrungsverhaltens entwickelt werden. Durch die simulationsgestützte Einstellung der Prozessführung können die Werkstoffeigenschaften erstmals im Prozess lokal im Bauteil eingestellt werden. Dies birgt großes Potential für den Leichtbau und zur Energieeinsparung bei künftigen Mobilitätskonzepten – beispielsweise durch Steigerung der Effizienz stromleitender Bauteile, magnetischer Komponenten oder Wärmetauscher.

Perspektivisch soll im Gedanken des Software-Defined Manufacturing die dazu notwendige Prozessführung automatisiert aus den Simulationsergebnissen abgeleitet werden.