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Vortrag

Werkstoffprüfung für den Digitalen Zwilling

Mittwoch (04.12.2019)
15:05 - 15:25 Uhr

Bei der Herstellung von Werkstoffen und Bauteilen unter Anwendung moderner Technologien wie der additiven Fertigung besitzt die Qualitätskontrolle vor allem deshalb besondere Bedeutung, weil die Werkstoffeigenschaften im Volumen viel stärker variieren können als bei klassisch hergestellten Materialien. Als einen ersten Schritt zur Kontrolle des Herstellungsprozesses werden in geeignet ausgerüsteten Anlagen direkt während der Fertigung des gesamten Bauteils zahlreiche Prozessdaten erfasst. Beim selektiven Laserschmelzen sind dies, z.B., die Laserleistung, die Temperaturverteilung und spektrale Emission des Schmelzbades und die Pulver- oder Drahtmenge. Geschieht diese Registrierung mit hoher räumlicher Auflösung, entsteht eine Datenbasis für einen digitalen Zwilling. Dieses digitale 3D-Abbild des realen physischen Bauteils kann aber nur dann seiner Funktion – z.B. für die Prognose der Bauteileigenschaften oder als Datenbasis für Simulationsrechnungen – gerecht werden, wenn die Werkstoffeigenschaften in gleicher Weise wie die Prozessdaten im digitalen Zwilling abgebildet werden. Es besteht deshalb die Forderung, lokale Merkmale der Werkstoffmikrostruktur, wie etwa die chemische Zusammensetzung, das Gefüge, die Kristallstruktur oder Baufehler, aber auch lokale Festigkeiten und Schwingfestigkeiten zu messen und sie „xyz-genau“ mit den Prozessdaten zu kombinieren. Im digitalen Zwilling kann dann anhand dieser Kombination erkannt werden, wie der Herstellungsprozess ausgeführt werden muss, um die gewünschten Werkstoff- und Bauteileigenschaften zu erzielen.

Im Beitrag werden die experimentellen Verfahren zur Gewinnung der 3D-Infomationen zum Werkstoff anhand von Beispielen vorgestellt, wobei ein Schwerpunkt auf der Detektierung der schädigungsrelevanten mikrostrukturellen Merkmalsgrößen liegt. Die Resultate stammen von Bauteilen und Proben, die mittels selektivem Laserschmelzen im Pulverbett und mittels generativem Laser-Auftragschweißen hergestellt wurden. Die Materialpalette umfasst Aluminium- und Titanlegierungen sowie Stähle. Das Methodenspektrum reicht von der Computertomographie über metallographische Serienschnitte und Focused Ion Beam-Untersuchungen bis zu Festigkeitsmessungen an gezielt aus den Bauteilen entnommenen Proben.

 

Sprecher/Referent:
Dr. Jörg Bretschneider
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Weitere Autoren/Referenten:
  • André Seidel
    Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, IWS
  • Prof. Martina Zimmermann
    Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, IWS