Additive Fertigung

Das an der Universität Paderborn ansässige Direct Manufacturing Research Center (DMRC) verfolgt das Ziel, additive Fertigungsverfahren bis zur Marktreife voranzutreiben. Der gezielte Einsatz additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen bringt herausragende Vorteile wie zum Beispiel die Reduzierung von Herstellkosten und die Verkürzung der Produkteinführungszeit mit sich. Diese Vorteile nutzen in der Regel nichts, wenn die auf diese Weise hergestellten Bauteile über schlechtere Werkstoffeigenschaften verfügen als die auf konventionelle Art gefertigten Erzeugnisse. Aus diesem Grund sind Kenntnisse über die mechanischen bzw. über die bruchmechanischen Werkstoffkennwerte eines Bauteils, die in Abhängigkeit des verwendeten Fertigungsverfahrens variieren, von entscheidender Bedeutung. Die Gefahr eines Bauteilbruchs ist vor allem beim Einsatz neuer und nicht ausreichend erforschter Fertigungsverfahren gegeben. Somit bedürfen diese vor ihrer Verwendung in der Produktion einer grundlegenden Untersuchung.

Das Selektive Laserschmelzen (Selective Laser Melting (SLM)) gehört zu der Gruppe generativer Fertigungsverfahren und stellt einen gegenwärtigen Forschungsschwerpunkt des DMRCs dar. Bei diesem Herstellungsverfahren wird mit Hilfe eines Lasers pulverförmiges Ausgangsmaterial Schicht für Schicht lokal aufgeschmolzen und folglich schichtweise aufgebaut. Zur Charakterisierung dieses neuen Fertigungsverfahrens müssen experimentelle Untersuchungen mit dem Ziel der Erfassung sowohl der mechanischen als auch der bruchmechanischen Werkstoffkennwerte an entsprechenden Proben erfolgen. Zusätzlich werden Referenzwerte an Proben aus konventionell hergestelltem stranggepresstem Grundmaterial ermittelt und für den Vergleich mit den aus SLM-Proben stammenden Werkstoffkennwerten verwendet.

Im Rahmen des Projektes „Fatigue Strength Properties of SLM-Components“ werden SLM-Bauteile (Selective Laser Melting) im Hinblick auf ihre Ermüdungseigenschaften charakterisiert. Neben der Bestimmung optimaler Prozessparameter zum Erlangen bestmöglicher Werkstoffkennwerte werden Gefüge und Eigenspannungszustand untersucht, um die elementaren Zusammenhänge zwischen dem Werkstoffzustand und den zugehörigen Eigenschaften zu beschreiben. 

Das Projekt „Fatigue Life Manipulation“ befasst sich mit der Optimierung der Lebensdauer technischer SLM-Bauteile durch eine geschickte Anordnung und Gestaltung von Kerben und Hohlraumstrukturen. Hierzu wird die einzigartige Möglichkeit des SLM-Prozesses, beliebig komplexe Hohlraumstrukturen fertigen zu können, die das Ermüdungsrisswachstum deutlich beeinflussen und zur Verlängerung der Lebensdauer durch Rissumlenkung oder sogar Rissstoppen führen können, optimal ausgenutzt.