„InSituHeat_3D“

Selektive In-situ-Wärmebehandlung beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen von Warmarbeitsstahl

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer PBF-LB/M-Prozessstrategie, die mittels selektiver In-situ-Wärmebehandlung lokale Temperaturfelder und Gefügebildungsprozesse bei der Verarbeitung kohlenstoffreicher Werkzeugstähle gezielt steuert. So sollen unter Nutzung marktüblicher Anlagen mit Vorwärmtemperaturen bis max. 200°C Bauteile mit lokal angepassten Gefüge- und Eigenschaftsprofilen hergestellt werden.

Im vorherigen Projekt „AddKoSt“ (Vorhaben Nr. 510, IGF 21559) konnten bereits mit einer beheizten Bauplattform (> 350 °C) kaltrissfreie, defektarme Probekörper aus Warmarbeitsstahl erzeugt werden, die as-built einen gehärteten und spannungsarmen Gefügezustand aufweisen und lediglich noch angelassen werden müssen. Auch die Herstellung von Werkzeugdemonstratoren konnte erfolgreich realisiert werden. Allerdings erwiesen sich die für die Anwendung vorteilhaften harten Gefügezustände (>600 HV) in der spanenden Nachbearbeitung als problematisch und die erforderlichen Vorwärmtemperaturen für diese Prozessroute werden durch die meisten industriellen PBF-LB/M Anlagen derzeit nicht erreicht. Zudem ergeben sich in Abhängigkeit der Prozessführung und der Bauteilgeometrie komplexe zeitliche und örtliche Temperaturverläufe, die zu unkontrollierbaren Gefügezuständen innerhalb des Bauteils führen können und eine aufwendige thermische Nachbehandlung erforderlich machen.

Im Projekt InSituHeat_3D werden daher experimentelle und simulative Methoden synergetisch genutzt, um die geometrie- und orientierungsabhängige thermische Historie der Bauteile im PBF-LB/M-Prozess zu prognostizieren und durch eine gezielte Prozessführung zu steuern. Auf dieser Basis soll das Gleichgewicht von Wärmeeintrag und Wärmeabfuhr über eine Anpassung der Prozessparameter kontrolliert werden, sodass lokal adaptierte, z.B. weiche und harte, Gefügeregionen in Demonstratoren erzeugt werden können.

Die Projektdurchführung wird unterstützt durch den Arbeitskreis Präzisionswerkzeuge des VDMA. Ein projektbegleitender Ausschuss mit 12 Industrieunternehmen sichert die praxisrelevante Ausrichtung der Forschungsarbeiten. Die Arbeiten werden gemeinsam mit dem Lehrstuhl Werkstofftechnik der RUB (Ruhr-Universität Bochum) durchgeführt.