Technologievorhaben

Hybrid+

Grafik: EXPERTEB

 

 

Gesamtziel:

Erstellung eines umfänglichen und präzisen Modells zur Beschreibung und zielgenauen Parametrierung des hybriden Laser-Pulver-Auftragschweißens.

Partner:

- Schaeffler Technologies AG & Co. KG
- KHS GmbH
- Hoedtke GmbH & Co. KG
- SAUER GmbH
- TU Dresden

 

Laufzeit: 01.11.2017 - 31.10.2020

Die dominierende additive Technologie im Bereich der Hybridmaschinen ist das Laser-Auftrag-schweißen. Grund hierfür ist, dass auf diese Weise die hohe Auftragsrate des Verfahrens im Vergleich zum Pulverbettverfahren mit der hohen Präzision der konventionellen Abtragtechnologien kombiniert werden kann. Somit wird die generative Fertigung kompletter Bauteile in Fertigteilqualität ermöglicht. Die hybride Produktionstechnik kann einen entscheidenden Beitrag im Bereich der additiven Fertigung leisten, wenn die Effektivität und Flexibilität der Fertigungsvorbereitung erhöht und die Reproduzierbarkeit gesteigert werden.

Gegenwärtig erfolgt die Prozessoptimierung beim LPA weitgehend extrinsisch und seriell durch den Anlagenbediener, der im Rahmen der technologischen und werkstofftechnischen Rahmenbedingungen produziert, analysiert, bewertet und durch iterative Anpassung die Prozessparameter korrigiert. Die Anzahl der Iterationsschleifen korreliert dabei wesentlich mit dem schweißtechnischen Erfahrungswissen, wohingegen die Durchlaufzeit je Iteration in großem Maße von der zur Verfügung stehenden Sensorik zur Prozessbeobachtung und der Dauer bis zur Evaluierung der Indikatorwerte abhängt.

Durch die Verknüpfung von engmaschig dokumentierten Referenzprozessen mit den Ergebnissen der Bauteilcharakterisierung soll ein mathematisches Modell erstellt werden, welches die Anzahl der notwendigen Iterationsschritte signifikant reduziert. Durch einen sich wiederholenden Optimierungsprozess werden im Projekt die Datenbasis für das Modell fortwährend verbreitert und die Berechnungsergebnisse ständig verbessert. Dazu werden im Verbundvorhaben Agent_Hybrid+ vier Teilprojekte, wie im folgenden Schema dargestellt, bearbeitet.

Ausgehend von den Prozessparametern bilden die detektierten Prozessphänomene und Charakterisierungsergebnisse die Kennwerte, welche später im Modell berechnet werden können. Ziel ist es, thermisch-induzierte Spannungen und Verzerrungen zu minimieren und dabei den Zusammenhang mit Auftragsraten, Energieeinträgen, Wechseln zwischen subtraktiver und additiver Fertigung, und der Prozessgeschwindigkeit zu untersuchen

Zur Erfassung der Daten für Erstellung des Prozessmodells soll der Prozess möglichst vollumfänglich erfasst werden. Derzeitig existierende Sensoriken werden häufig nur zur Detektion einzelner Prozessgrößen genutzt. Im Projekt sollen die Einzelsysteme derart miteinander verknüpft werden, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt der Zustand des Prozesses vollständig nachvollzogen werden kann. Die gesamtheitliche Identifikation der multiplen Prozessgrößen und deren Verknüpfung mit den Anlagenparametern sowie den Ergebnissen der nachfolgenden Charakterisierung stellt dabei eine wesentliche Herausforderung dar, ist aber zur Abbildung eines mathematisch-physikalischen Modells notwendig.

Basis der Untersuchungen sind die Demonstratorbauteile der Endanwender welche nach definierten Gesichtspunkten evaluiert, definiert und später bezüglich ihrer Funktionsfähigkeit und Qualität qualifiziert werden. Ziel im Rahmen dieses Projektes ist es, Qualitätssicherungsketten bereits vor der Fertigung durch ein für Defekte vorhersagefähiges Prozessmodell engmaschiger zu gestalten und den Prozess durch geometrieangepasste Verfahrstrategien zu optimieren.