Teilprojekt B2

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Prozessstrategien für das selektive Elektronenstrahlschmelzen

Selektives Elektronenstrahlschmelzen von Ti6Al4V-Bauteilen, die parallel aufgeschmolzen werden

Ziel dieses Teilprojektes ist es, innovative Prozessstrategien für das selektive Elektronenstrahlschmelzen zu erarbeiten, um so Material- und Bauteilqualität zu verbessern. Dabei ermöglichen zwei wesentliche Faktoren das Erforschen neuer Strahlführungskonzepte. Zum einen lässt sich der Strahl nahezu trägheitsfrei und dadurch mit sehr hohen Geschwindigkeiten von bis zu 10.000 m/s bewegen. Zum anderen stehen hohe Leistungen zur Verfügung. Zunächst sollen Prozessstrategien entwickelt werden, die ein Einstellen des Temperaturfeldes, der Schmelzbadgeometrie sowie insbesondere der Bedingungen an der Erstarrungsfront ermöglichen. Dabei wird auf die Strategie der Vielfachwechselwirkung, welche im ersten Projektzeitraum erarbeitet wurde, aufgebaut. Diese beschreibt die Ausbildung eines linienförmigen Schmelzbades bei sehr hohen Strahlgeschwindigkeiten, welches senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahls erstarrt. Es soll untersucht werden, inwieweit die Vielfachwechselwirkung ein Herabsetzen der auftretenden Maximaltemperaturen sowie der Dynamik des Schmelzbades und damit einer Verbesserung der resultierenden Werkstoffeigenschaften begünstigt. In enger Zusammenarbeit mit TP B4 werden dabei numerische Simulationen mit experimentellen Erkenntnissen verglichen. Des Weiteren soll untersucht werden, wie durch eine Modulation von Ausprägung und Richtung des Temperaturgradienten die Mikrostruktur und Textur des Gefüges lokal variiert werden kann. Dabei liegt der Fokus insbesondere auf der gezielten Einstellung von epitaktischem Kornwachstum bzw. Neubildung von Körnern. Simulationen aus TP C5 sollen das Erarbeiten geeigneter Strategien optimieren. Ein weiterer zu untersuchender Punkt ist das Verständnis der Mechanismen, die zur im Prozess auftretenden Materialverfrachtung führen. Dieser Effekt ist bisher negativ gewertet worden. Weiterführende Untersuchungen sollen die grundlegenden Erkenntnisse schaffen, um nun diese Effekte entweder zu vermeiden oder als systematische Materialverfrachtung für vollkommen neue Gestaltungsmöglichkeiten zu nutzen. So sollen beispielsweise durch geschickte Prozessführung abgeschlossene, pulverfreie Hohlräume oder dünne Kanäle erzeugt werden. Ein weiteres Ziel ist die Verbesserung der Ober- und Seitenflächenqualität der gebauten Teile durch Materialverfrachtung. Kollaborationen mit TP B4 und C4 werden ein besseres Verständnis der auftretenden Mechanismen sowie eine detailliertere Auswertung der gebauten Strukturen ermöglichen. Am Ende der zweiten Antragsperiode steht die Validierung der erarbeiteten Prozessstrategien anhand mehrerer Demonstratoren. In der abschließenden Periode sollen die gewonnenen Erkenntnisse auf die Verarbeitung neuer Werkstoffsysteme angewendet werden.

Professorin Körner
Professor Singer


Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (WTM)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Martensstr. 5
91058 Erlangen
carolin.koerner@ww.uni-erlangen.de

Prof. Dr.-Ing. Robert F. Singer
Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (WTM)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Martensstr. 5
91058 Erlangen
robert.singer@ww.uni-erlangen.de

Christoph Pobel, M.Sc.
Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (WTM)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Martensstr. 5
91058 Erlangen
christoph.pobel@fau.de