Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Characterization of Ti-6Al-4V Fabricated by Multilayer Laser Powder-Based Directed Energy Deposition
    ( 2022)
    Ávila Calderón, Luis Alexander
    ;
    Graf, Benjamin
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    Rehmer, Birgit
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    Petrat, Torsten
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    Skrotzki, Birgit
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    Rethmeier, Michael
    Laser powder-based directed energy deposition (DED-L) is increasingly being used in additive manufacturing (AM). As AM technology, DED-L must consider specific challenges. It must achieve uniform volume growth over hundreds of layers and avoid heat buildup of the deposited material. Herein, Ti-6Al-4V is fabricated using an approach that addresses these challenges and is relevant in terms of transferability to DED-L applications in AM. The assessment of the obtained properties and the discussion of their relationship to the process conditions and resulting microstructure are presented. The quality of the manufacturing process is proven in terms of the reproducibility of properties between individual blanks and with respect to the building height. The characterization demonstrates that excellent mechanical properties are achieved at room temperature and at 400 C.
  • Publication
    Hybrid laser arc welding of thick high-strength pipeline steels of grade X120 with adapted heat input
    ( 2020)
    Üstündag, Ömer
    ;
    Gook, Sergej
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    Gumenyuk, Andrey
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    Rethmeier, Michael
    The influence of heat input and welding speed on the microstructure and mechanical properties of single-pass hybrid laser arc welded 20 mm thick plates of high-strength pipeline steel X120 were presented. The heat input was varied in the range of 1.4 kJ mm-1 to 2.9 kJ mm-1, while the welding speed was changed between 0.5 m min-1 and 1.5 m min-1. A novel technique of bath support based on external oscillating electromagnetic field was used to compensate the hydrostatic pressure at low welding velocities. A major advantage of this technology is, that the welding speed and thus the cooling time t8/5 can be variated in a wide parameter window without issues regarding the weld root quality. The recommended welding thermal cycles for the pipeline steel X120 can be met by that way. All tested Charpy-V specimens meet the requirements of API 5 L regarding the impact energy. For higher heat inputs the average impact energy was 144 ± 37 J at a testing temperature of -40 °C. High heat input above 1.6 kJ mm-1 leads to softening in the weld metal and heat-affected-zone resulting in loss of strength. The minimum tensile strength of 915 MPa could be achieved at heat inputs between 1.4 kJ mm-1 and 1.6 kJ mm-1.
  • Publication
    Verbundprojekt SmartStream: Intelligente Bearbeitung durch die Verwendung schaltbarer Fluide
    ( 2019)
    Schmiedel, C.
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    Bierwisch, C.
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    Uhlmann, E.
    ;
    Menzel, P.
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    Mohseni-Mofidi, S.
    ;
    Breinlinger, T.
    ;
    Nutto, C.
    Strömungsschleifen und Hydroerosiv (HE)-Verrunden sind einzigartige Verfahren, die sich dadurch auszeichnen, dass sie funktionelle Oberflächen im Inneren eines Bauteils bearbeiten können, die sonst mechanisch nicht zugänglich sind. Jedoch unterliegen die Verfahren Begrenzungen aufgrund der Gesetzmäßigkeiten der Strömungsmechanik. Daher können die Verfahren nicht bei allen Anwendungen für eine technisch sowie wirtschaftlich sinnvolle Bearbeitung genutzt werden. Im Verbundprojekt SmartStream werden Möglichkeiten zur Überwindung bisher geltender Verfahrensgrenzen untersucht. Zur lokalen Beeinflussung der Zerspanungsleistung der auf die Oberflächen wirkenden Abrasivmedien werden diese durch ein externes magnetisches Feld schaltbar gemacht. Mit Hilfe des angelegten Magnetfeldes lassen sich zum einen strömungsmechanisch ungünstig gelegene Bereiche des Werkstücks bearbeiten und zum anderen die Zeitspanvolumina lokal gezielt steuern. Im vorliegenden Beitrag werden erreichte Entwicklungsziele am Beispiel des Strömungsschleifens vorgestellt.
  • Publication
    In-Situ-Kraftmessung bei variablen Werkzeugwinkeln
    ( 2019)
    Uhlmann, Eckart
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    Uhlemann, Sebastian
    ;
    Kochan, Jaroslaw
    Werkzeugentwicklungen sind von iterativen Anpassungen und aufwendigen Versuchsreihen mit einer Vielzahl von Prototypen geprägt. In einem Forschungsprojekt wurde ein sensorisch instrumentiertes Fräswerkzeug mit verstellbaren Schneiden entwickelt und mittels SLM (Selective Laser Melting) aufgebaut. Mit dieser Entwicklung liegt ein Instrument vor, das im Fräsprozess unmittelbar an den Schneiden Belastungen erfassen kann und durch nachgestellte FEM (Finite Elemente Methode)-Analysen und Optimierungsroutinen ein enormes Potenzial für die Auslegung optimierter Werkzeuggeometrien bietet.
  • Publication
    Comparison between GTA and laser beam welding of 9% Ni steel for critical cryogenic applications
    ( 2018)
    El-Batahgy, A-M.
    ;
    Gumenyuk, A.
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    Gook, S.
    ;
    Rethmeier, M.
    In comparison with GTA welded joints, higher tensile strength comparable to that of the base metal was obtained for laser beam welded joints due to fine martensitic microstructure. Impact fracture toughness values with much lower mismatching were obtained for laser beam welded joints due to similarity in the microstructures of its weld metal and HAZ. In this case, the lower impact fracture toughness obtained (1.37 J/mm2) was much higher than that of the GTA welded joints (0.78 J/mm2), which was very close to the specified minimum value (>0.75 J/mm2). In contrast to other research works, the overall tensile and impact properties are influenced not only by the fusion zone microstructure but also by the size of its hardened area as well as the degree of its mechanical mismatching, as a function of the welding process. A better combination of tensile strength and impact toughness of the concerned steel welded joints is assured by autogenous laser beam welding process.
  • Publication
    Why not using ceramics - trends from ceramics research
    ( 2017)
    Stepanyan, Marina
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    Seifert, Gerhard
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    Weiß, Torsten
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    Klein, Tiago Borsoi
    ;
    Freund, Susanne
    Within the Fraunhofer AdvanCer Alliance/DE, four institutes have pooled their capabilities to form a coordinated range of services aimed at using advanced ceramics in the creation of individual system solutions for industrial partners. Below, we present two examples from our successful project work showing the advantages of advanced ceramics in specific industrial applications.