Heroimage Institut Fuer Material Und Prozessdesign

Additive Fertigung und Lokale Strukturmodifikation

Die additive oder auch generative Fertigung durch thermomechanisches Bearbeiten von Werkstoffen in Beschichtungs-, Füge-, sowie Umformprozessen, zugeschnitten auf das jeweilige Einsatzgebiet, stehen im Fokus der Forschungsarbeiten der AM Arbeitsgruppe. Über die Modifikation der Mikrostruktur werden die Eigenschaften des Grundwerkstoffs für die Anforderungen im späteren Einsatz der Schichten, Schichtverbünde, bzw. additiven Bauteile maßgeschneidert. Höhere Festigkeiten, Verstärkungen sowie höhere lokale Schadenstoleranzen können hiermit gezielt eingestellt werden. Bei der AM Arbeitsgruppe wird an selbst entwickelten Geräten Forschung und Entwicklung betrieben. Zur Prozess-Expertise der AM Gruppe gehört das Reibauftragschweißen (RAS; engl. Friction Surfacing, FS) und dessen Varianten, das beim Hereon (ehemaliges Hereon) entwickelte und in einer Variante zusammen mit der LINDE AG patentierte hybride Reib-Diffusionsschweißen (engl. Hybrid Friction Diffusion Bonding, HFDB), das Reibbolzenschweißen sowie das Voll-Reib-Rückwärts-Fließpressen (VRRFP, engl.: Friction Extrusion, FE).

Profil


Die AM Gruppe entwickelt Prozesse und Verfahren in der Grundlagen- und anwendungsorientierten Forschung in den Bereichen des Reibauftragschweißens und seiner Varianten, z.B. dem friction surfacing layer deposition (FSLD), hin zum friction surfacing additive manufacturing (FSAM), sowie des HFDB und dem Reibbolzenschweißen. Die AM Gruppe ist forschungsgruppenübergreifend in der Entwicklung des Voll-Reib-Rückwärts-Fließpressens eingebunden.

Die wissenschaftliche Arbeit der AM Gruppe zielt primär auf Prozessverständnis durch Klären von zugrundeliegenden Bindemechanismen. Diese Erkenntnisse werden in der Prozess- und Verfahrensentwicklung für unterschiedliche Industriesektoren einschließlich der Luftfahrzeugindustrie (FS, FSLD, FSAM, HFDB, FE) für z. B. Erhöhung der Schadentoleranz von metallischen Flugzeugsstrukturen durch lokale thermomechanische Bearbeitung, des Energiesektors (HFDB) für z. B. Tief- und Hochtemperatur-Wärmeübertrager, sowie dem Schiffbausektor (FSLD, HFDB) für z. B. ungleichartige Mehrmaterial-Verbindungen eingesetzt.

Das RAS ist ein Festphase-Fügeprozess, der verwendet wird, um Schichten mit einem Substrat metallisch zu verbinden. Der RAS-Prozess verwendet Reibwärme in Verbindung mit starker plastischer Umformarbeit, um eine feinkörnige Nichtgleichgewichts-Mikrostruktur zu erzeugen. Die Prozessvarianten FSLD sowie FSAM dienen zum generativen Fertigen von Strukturbauteilen.

FE wird mit dem Ziel untersucht, kontrolliert hoch- und höchstfeine Mikrostrukturen durch die dem Prozess inhärente Reibwärme und massive plastische Umformarbeit des verarbeiteten Materials zu erzeugen. Durch RVRFP erzeugte Materialien können für Strukturanwendungen verwendet werden, die höchste Festigkeiten bei hohen möglichen Dehnraten und niedriger Masse erfordern z. B. Befestigungselemente in der Luftfahrzeug- sowie Raumfahrtindustrie.

HFDB ist ein reibinduzierter Fügeprozess, der in seiner Standardform entwickelt wurde, um dünne Bleche untereinander oder dünne Bleche auf Substrate aufzubringen. Durch Anpassung der HFDB-Werkzeugausrichtung sowie der Prozessführung wurden erfolgreich ungleichartige metallische Stumpfstoss- sowie Überlappverbindungen hergestellt.
Eine Variante des HFDB-Prozesses ist in enger Zusammenarbeit mit der LINDE AG für Rohr in Rohrboden-Schweißungen in großen Wärmeübertragern entwickelt worden.
Die Skalierbarkeit der oben erwähnten Fügeprozesse sowie der Grundgedanke einer zukünftigen Weiterentwicklung in einem skalierfähigen Fügeprozessentwicklungssystem bei der AM Gruppe soll Ideen bezüglich einer “ein Knopfdruck Verarbeitung/Herstellung” vereinigen. Hiermit sollen höhere Automations-/Integrationstiefen in späteren industriellen Fertigungsverfahren ermöglicht werden. Die aus den Experimenten gesammelten Daten sollen eine automatisierte Datenverarbeitung für z.B. Prozesssimulationen, sowie durch geeignete Schnittstellen zu elektronischen Laborbüchern (engl.: electronic lab notebook, ELN) eine verbesserte Nachverfolgbarkeit und Reproduzierbarkeit in der wissenschaftlichen Arbeit ermöglichen.

Gruppenleiter


Dr.-Ing. Arne Roos

Institut für Werkstoffforschung, Werkstoffmechanik

Tel: +49 (0) 4152 87 - 2071

E-Mail Kontakt

Helmholtz-Zentrum hereon GmbH
Max-Planck Straße 1
21502 Geesthacht