Aktuelle Forschungs- und Transferprojekte
Forschungsprojekt Entwicklung einer Gestaltungsrichtlinie für additiv gefertigte Bauteile
Titel | Entwicklung einer Gestaltungsrichtlinie zur Erhöhung der Maß-, Form- und Lagegenauigkeit additiv gefertigter Bauteile aus austenitischem Stahl |
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Kurzbeschreibung | Im Projekt sollen für die additive Fertigungsvariante Selektives Laser Strahlschmelzen (SLM) konstruktive Gestaltungsrichtlinien, Simulationswerkzeuge und Werkstoffcharakterisierungen entwickelt werden, um additiv gefertigte Bauteile hoher Maß-, Form- und Lagegenauigkeit bei geringstem Ausschuss und optimal ausgeschöpfter Festigkeit der Bauteile aus austenitischem Stahl 1.4404 herstellen zu können. Dieses Ziel soll durch die interdisziplinäre Kooperation der Fachgebiete Konstruktionslehre, Werkstofftechnik und Technische Mechanik erreicht werden. Das gewonnene Knowhow soll als effizienzsteigerndes Prozesswissen über die Hochschullehre, Weiterbildungsseminare und Anwendertreffen transferiert werden. In öffentlich zugänglichen Expertenforen, wie z.B. „additive.industrie.de“, bei Vorträgen auf einschlägigen Fachtagungen und in Beiträgen in Fachzeitschriften ist die Veröffentlichung der Ergebnisse geplant. Eine Datenbank des 3D-Druckzentrums soll als Daten- und Beispielpool Impulse, Anleitungen und eine Richtlinie für die Anwendung des Verfahrens sowohl in Unternehmen als auch in Forschungseinrichtungen bieten. Die Richtlinie soll dem Anwender eine Anleitung zur Optimierung der Präzision additiv gefertigter Bauteile bieten. Regelbasiertes Wissen soll ausgehend von der Herstellung geometrisch einfacher Referenzkomponenten erarbeitet werden. Die von Temperaturen und Plastifizierung verursachte Biegung der Referenzkomponenten werden mit einem optischen Scanner und einem Koordinatenmesswerkzeug erfasst. Parallel dazu sollen zwei Modelle für Finite Elemente Analysen des Temperatur- und Wärmehaushalts sowie für anschließende thermomechanischen Simulationen erzeugt werden. Die berechneten Biege-Verschiebungsfelder werden mit den gemessenen verglichen. Weiterhin werden mit den Proben Spannung-Dehnung-Kurven und Mikrostrukturen ermittelt sowie Wärmebehandlungen durchgeführt. Resultate der Materialanalysen fließen der Modellbildung, der Fertigungssteuerung und übergeordnet den neu zu formulierenden Gestaltungsrichtlinien zu, die folgend an einem Demonstratorbauteil mit Gestaltungsmerkmalen der additiven Fertigung erprobt werden sollen. Dazu wird der Demonstrator inklusive dessen Stützstruktur nach diesen Regeln konstruiert. Der eigentliche Fertigungsprozess sowie die Spannungen und insbesondere Deformationen werden mit den FEM-Simulationswerkzeugen analysiert. Letztlich werden der Konstruktion den Verzug kompensierende Verschiebungsfelder zugeschlagen. Der so gefertigte Demonstrator wird mit und ohne ergänzte Wärmebehandlung vermessen. Maß-, Form- und Lageabweichungen zwischen Design, gefertigtem Bauteil und den Vorhersagen der Simulation werden mit numerischen Parameterstudien bewertet und optimiert. Forschungsthema und Forschungsziel Im beantragten Projekt sollen Gestaltungsrichtlinien, Simulationswerkzeuge sowie Werkstoff-charakterisierungen für das SLM-Verfahren entwickelt werden, um additiv gefertigte Bauteile hoher Maß-, Form- und Lagegenauigkeit bei geringstem Ausschuss und optimal ausgeschöpfter Festigkeit von Bauteilen aus austenitischem Stahl 1.4404 fertigen zu können. Dieses Ziel soll durch die interdisziplinäre Kooperation der Fachgebiete Konstruktionslehre, Werkstofftechnik und Technische Mechanik erreicht werden. |
Leitung | Prof. Dr. Anne Schulz-Beenken Prof. Dr. Alfons Noe Prof. Dr. Jens Bechthold Prof. Dr.-Ing. Nathalie Weiß-Borkowski |
Ausführende Stelle | Fachhochschule-Südwestfalen, Fachbereich Maschinenbau-Automatisierungstechnik |
Drittmittelgeber / Förderung | Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein Westfalen |
Gepl. Projektzeitraum | 01.07.2021 – 30.06.2023 |