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 Untersuchung von Proteinen in einer Graphen-Flüssigkeitszelle führt zu höherer Strahlenverträglichkeit
10.12.2018 | INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH

nachricht Zirkuläre Kunststoffwirtschaft: Fraunhofer-Cluster of Excellence »Circular Plastics Economy«
07.12.2018 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Neue Methode verpasst Mikroskop einen Auflösungsschub

Verspiegelte Objektträger ermöglichen jetzt deutlich schärfere Bilder / 20fach bessere Auflösung als ein gewöhnliches Lichtmikroskop - Zwei Forschungsteams der Universität Würzburg haben dem Hochleistungs-Lichtmikroskop einen Auflösungsschub verpasst. Dazu bedampften sie den Glasträger, auf dem das beobachtete Objekt liegt, mit maßgeschneiderten biokompatiblen Nanoschichten, die einen „Spiegeleffekt“ bewirken. Mit dieser einfachen Methode konnten sie die Bildauflösung signifikant erhöhen und einzelne Molekülkomplexe auflösen, die sich mit einem normalen Lichtmikroskop nicht abbilden lassen. Die Studie wurde in der NATURE Zeitschrift „Light: Science and Applications“ veröffentlicht.

Die Schärfe von Lichtmikroskopen ist aus physikalischen Gründen begrenzt: Strukturen, die näher beieinander liegen als 0,2 tausendstel Millimeter, verschwimmen...

Im Focus: Supercomputer ohne Abwärme

Konstanzer Physiker eröffnen die Möglichkeit, Supraleiter zur Informationsübertragung einzusetzen

Konventionell betrachtet sind Magnetismus und der widerstandsfreie Fluss elektrischen Stroms („Supraleitung“) konkurrierende Phänomene, die nicht zusammen in...

Im Focus: Drei Nervenzellen reichen, um eine Fliege zu steuern

Uns wirft so schnell nichts um. Eine Fruchtfliege kann dagegen schon ein kleiner Windstoß vom Kurs abbringen. Drei große Nervenzellen in jeder Hälfte des Fliegenhirns reichen jedoch aus, um die Fliege mit Hilfe visueller Signale wieder auf Kurs zu bringen.

Bewegen wir uns vorwärts, zieht die Umwelt in die entgegengesetzte Richtung an unseren Augen vorbei. Drehen wir uns, verschiebt sich das Bild der Umwelt im...

Im Focus: Researchers develop method to transfer entire 2D circuits to any smooth surface

What if a sensor sensing a thing could be part of the thing itself? Rice University engineers believe they have a two-dimensional solution to do just that.

Rice engineers led by materials scientists Pulickel Ajayan and Jun Lou have developed a method to make atom-flat sensors that seamlessly integrate with devices...

Im Focus: Drei Komponenten auf einem Chip

Wissenschaftlern der Universität Stuttgart und des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT gelingt wichtige Weiterentwicklung auf dem Weg zum Quantencomputer

Quantencomputer sollen bestimmte Rechenprobleme einmal sehr viel schneller lösen können als ein klassischer Computer. Einer der vielversprechendsten Ansätze...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungen

Fachforum über intelligente Datenanalyse

10.12.2018 | Veranstaltungen

Plastics Economy Investor Forum: Treffpunkt für Innovationen

10.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Klein und vielseitig: Schlüsselorganismen im marinen Stickstoffkreislauf nutzen Cyanat und Harnstoff

10.12.2018 | Studien Analysen

Ungesundes Sitzen vermeiden: Stuhl erkennt Sitzposition und motiviert zur Änderung der Körperhaltung

10.12.2018 | Energie und Elektrotechnik

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics