Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wärmespannungen verringern Bauteileigenschaften

25.04.2002


Schnelligkeit ist der große Vorteil beim Laserstrahlsintern von Bauteilen. Pulverkörnchen aus Metall verschmelzen in wenigen Augenblicken zur gewünschten Form. Doch das Verfahren ist noch nicht völlig verstanden, und die Qualität der Produkte kann verbessert werden. Grundlagenuntersuchungen am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie von Prof. Dr. Manfred Geiger, die auf die Temperaturverteilung während des Bauprozesses konzentriert sind, werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft für weitere zwei Jahre gefördert. Projektbearbeiter ist Dipl.-Ing. Frank Niebling.

Das Direkte Metall-Laserstrahlsintern (DMLS) ist ein generatives Fertigungsverfahren: Dreidimensionale Bauteile werden schichtweise aufgebaut. Das Metallpulver in der jeweils obersten Schicht wird mit der Energie eines Laserstrahls lokal aufgeschmolzen, wodurch eine definierte Struktur entsteht. Funktionsprototypen wie etwa Leiträder von Drehmomentwandlern oder Werkzeuge für den Kunststoffspritzguss können auf diese Weise hergestellt werden. Vor allem im schnellen Prototypen- und Vorserienbau (Rapid Prototyping) sind solche innovativen Fertigungskonzepte sehr gefragt, da sie die Entwicklungszeiten für neue Produkte verkürzen können.

Das DMLS-Verfahren ist technisch nicht vollständig ausgereift. Der Prozess ist teilweise instabil, wofür Wärmespannungen verantwortlich gemacht werden, die durch den Bauprozess eingebracht werden. Infolgedessen kommt es vor, dass sich Schichten von Bauteilen noch während des Aufbauprozesses voneinander trennen. Nach der generativen Fertigung verbleiben Eigenspannungen im Werkstück, die sich bei der Weiterverarbeitung als Verzug bemerkbar machen können. Die Teile verziehen sich, wenn sie z. B. bei einer Infiltration mit Lötwerkstoff thermisch belastet werden.

Hohe Energie auf engem Raum
Die Wärmespannungen sind darauf zurückzuführen, dass der Laserstrahl hohe Energie auf sehr begrenzten Raum einbringt. So entstehen während des Bauprozesses große Temperaturdifferenzen innerhalb des Bauteils. Experimentell kann eine solche Temperaturverteilung wegen des hohen Temperaturgradienten und des schnellen Prozessablaufs nur bedingt erfasst werden. Für ein vertieftes Prozessverständnis ist die Kenntnis dieser Temperaturfelder aber unverzichtbar.

Auf dieses Problemfeld ist das DFG-geförderte Projekt zugeschnitten. Um die Abläufe beim Laserstrahlsintern besser zu verstehen, wurde ein numerisch-experimentell gekoppelter Ansatz gewählt. Der Laserstrahlsinterprozess wurde über ein maskroskopisches Finite-Elemente-Modell abgebildet. Die Strahl-Stoff-Wechselwirkungen wurden bereits erfasst und implementiert. Das Modell kann den schichtweisen Aufbau und den Energieeintrag durch den Laserstrahl abbilden. In der Wiedergabe des Temperaturfelds zeigte sich beim Vergleich mit experimentell gewonnenen Ergebnissen eine sehr gute Übereinstimmung.

Die numerische Simulation ermöglicht es nun, Prozesseinflussgrößen zu separieren, um die Auswirkungen auf derartige Temperaturverläufe bzw. auf die Eigenspannungsentwicklung zu untersuchen. Dies soll wesentlich dazu beitragen, DMLS-Prozesse zu stabilisieren und zu optimieren.

Weitere Informationen
Prof. Dr.-Ing. Manfred Geiger, Dipl.-Ing. Frank Niebling
Tel.: 09131/85 -27140, -23246 niebling@lft.uni-erlangen.de

Gertraud Pickel | idw

Weitere Berichte zu: Bauprozess Bauteil Laserstrahl Schicht Wärmespannung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Metamaterial: Kettenhemd inspiriert Physiker
19.01.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Additiv gefertigte Verklammerungsstrukturen verbessern Schichthaftung und Anbindung
19.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flashmob der Moleküle

19.01.2017 | Physik Astronomie

Tollwutviren zeigen Verschaltungen im gläsernen Gehirn

19.01.2017 | Medizin Gesundheit

Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile

19.01.2017 | Verfahrenstechnologie