Qualitäts- und Effizienzsteigerung durch intelligentes Wärmemanagement beim Verfahren Directed Energy Deposition Electron Beam (QoptEBAM)

Projektbeschreibung

Der Prozess „Directed Energy Deposition-Electron Beam“ (DED-EB), bekannt als drahtbasierte Elektronenstrahl additive Fertigung, ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung großvolumiger Bauteile aus refraktären Metallen. Allerdings führt die thermische Beanspruchung während des Prozesses zu einem Abbrand von Legierungselementen, starkem Kristallwachstum und verminderter Festigkeit, je nach Legierungszusammensetzung. Um nun die Qualität per DED-EB hergestellter Produkte zu steigern und das weite Potenzial zu nutzen, zielt das Projekt "QoptEBAM" darauf ab, die Wechselwirkungen zwischen Wärmeeinbringungs-Algorithmen einerseits und den geometrischen, mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften andererseits zu untersuchen. Übergeordnetes Ziel ist es, die Eigenschaften durch die „In-Prozess Temperaturkontrolle“ weitestgehend sicher zu beherrschen. Im Rahmen des Projekts sollen neben der Strahlleistung und Drahtposition auch weitere Einflussgrößen wie Depositionsstrategie (Pfadplanung) und Oszillationsparameter gezielt gesteuert werden, um die Temperaturverteilung zu optimieren, den Wärmeeintrag so minimal wie möglich zu halten und gleichzeitig angestrebte Eigenschaften zu gewährleisten. Durch die unterschiedlichen Schmelzbadmorphologien und Temperaturverteilungen sollen der Aufmischungsgrad und die Erstarrung dahingehend modifiziert werden, dass die Überhitzung des Werkstücks reduziert und somit die geometrischen, mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Die Ergebnisse tragen zu einem vertieftem Verständnis bei und erlauben die Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten der additiven Fertigung durch eine Erweiterung des Bauteil- und Werkstoffspektrums mit bereits verfügbarer Technik. Damit können KMU aus dem Bereich der additiven Fertigung sowie Hersteller und Betreiber von EB-Maschinen bei höchster Wirtschaftlichkeit in der Fertigung ihr Produktportfolio hin zu großvolumigen Strukturen aus refraktären Werkstoffen erweitern.