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Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
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PublicationLiquid Metal Embrittlement of Advanced High Strength Steels during Resistance Spot Welding(Fraunhofer Verlag, 2019)Frei, JulianNeue Stahlwerkstoffe mit verbesserten Materialeigenschaften stellen die etablierten Schweißverfahren vor neue Herausforderungen. Während des Widerstandspunktschweißens hochfester Stähle wird teilweise flüssigmetallinduzierte Rissbildung (liquid metal embrittlement) beobachtet. Eine qualitativ hochwertige, rissfreie Punktschweißverbindung liegt im Interesse der gesamten metallverarbeitenden Industrie. Vor allem jedoch in Bereichen hochbeanspruchter bzw. sicherheitsrelevanter Bauteile und Konstruktionen wie zum Beispiel Automobilkarosserien wird hierauf besonderen Wert gelegt. Das Phänomen liquid metal embrittlement (LME) bietet ein weites Spektrum an Fragestellungen aus der Ingenieurs- bzw. der Forscherperspektive. Es handelt sich dabei um ein komplexes Zusammenwirken verschiedener Prozesse, deren Kombination letztendlich zur Rissentstehung führt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, anwendungsrelevante Einflussfaktoren zu untersuchen, um einerseits das Prozessverständnis zu verbessern, und andererseits potentielle Abhilfemaßnahmen aufzuzeigen.
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PublicationLaser-Pulver-Auftragschweißen in der additiven Prozesskette für Legierungen aus dem Turbomaschinenbau(Fraunhofer Verlag, 2018)Graf, BenjaminAdditive Prozesse gewinnen immer stärkere Bedeutung in der industriellen Fertigung. Während in den vergangenen Jahren zunächst die Fertigung von Prototypen im Vordergrund stand, werden die additiven Verfahren heute zunehmend als Fertigungsprozess für moderne Bauteile eingesetzt. Dadurch wird eine hohe Produktivität und Flexibilität von der additiven Fertigung gefordert. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Auslegung der additiven Prozesskette bestehend aus Selective Laser Melting (SLM) und Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA). Dabei wird untersucht, welche Vorteile und Grenzen diese Prozesskette besitzt. In den Experimenten kommen die Nickelbasislegierung Inconel 718 und die Titanlegierung Ti-6Al-4V zum Einsatz. Anhand unterschiedlicher Testgeometrien werden die Eigenschaften der kombinierten Prozesskette bestimmt. Beschrieben werden die Anbindung des LPA-Materials, der Einfluss auf das SLM-Gefüge, Verzug und die erreichbare Aufbaurate. Zusätzlich werden Aufbaustrategien für den dreidimensionalen Materialauftrag mittels LPA dargestellt. Auf Basis der erarbeiteten Erkenntnisse werden Empfehlungen für den anwendungsorientierten Einsatz der Prozesskette abgeleitet.
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PublicationVorgehensweise zur Auslegung des Laserstrahlschmelzens am Beispiel von Wolframkarbid-Kobalt(Fraunhofer Verlag, 2018)Bergmann, AndréDiese Arbeit verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz für die methodische Qualifizierung von Werkstoffen für das Laserstrahlschmelzen am Beispiel von Wolframkarbid-Kobalt. Mit der Entwicklung einer Untersuchungssystematik auf der Basis von statistischen Versuchs-methoden wird die Grundlage für umfassende Analysen der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Einflussfaktoren beim Laserstrahlschmelzen von Wolframkarbid-Kobalt geschaffen. Aus umfassenden Analysen gehen Regressionsmodelle hervor, mit welchen die zu erwartenden Bauteil- und deren Werkstoffeigenschaften prognostiziert und geeignete Prozessparameter für die additive Fertigung von Wolframkarbid-Kobalt WCCo 83/17 entwickelt werden können. Aus den systematischen Analysen werden Erkenntnisse zu den Einflüssen verschiedener Prozessparameter im Laserstrahlschmelzprozess und deren Auswirkungen auf das Arbeitsergebnis bereitgestellt. Es werden auftretende Effekte erklärt und die Bearbeitungsparameter optimiert. Das erlangte Wissen ergänzt das Prozessverständnis zum Laserstrahlschmelzen und trägt zur Erweiterung der Werkstoffpalette bei. Die Vorgehensweise lässt sich auf die Qualifizierung weiterer Werkstoffe für das Laserstrahlschmelzen übertragen.
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PublicationEinflussfaktoren der Reinigung mit flüssigem Kohlendioxid auf fertigungsrelevante Materialeigenschaften medizintechnischer Kunststoffe(Fraunhofer Verlag, 2017)Mankiewicz, JohannesDurch seine chemischen und physikalischen Vorteile hat sich Kohlendioxid in der Verfahrens- und Produktionstechnik in verschiedenen Anwendungen etabliert. Der reinigungstechnische Einsatz ist aktuell noch auf das Trockeneis- und CO2-Schneestrahlen beschränkt. Bei der Imprägnierung und Färbung von Kunststoffen gehört es zum etablierten Stand der Technik. Die Anwendung der flüssigen Phase des Kohlendioxids für die Lösemittelreinigung hat sich in der industriellen Praxis noch nicht durchsetzen können. Vor diesem Hintergrund besteht ein besonderes Potential der Technologie für medizintechnische Produktionsprozesse zur rückstandsfreien Reinigung von Kunststoffen, ohne eine anschließende Trocknung. Die vorliegende Arbeit fokussiert sich auf die Erarbeitung von Erkenntnissen zum Einfluss der Reinigung mit flüssigem Kohlendioxid auf die konstruktions- und fertigungstechnischen Materialeigenschaften von medizintechnischen Kunststoffen. Dazu werden aus der Gruppe der Elastomere sowie der amorphen und teilkristallinen Thermoplaste Kunststoffe im Rahmen des entwickelten Versuchsprogramms zum Einfluss der Reinigungszeit sowie der Parametrisierung des Übergangs zwischen Prozess- und Umgebungsbedingungen untersucht. Dies erlaubt die Beschreibung signifikanter Eigenschaftsänderungen der Materialien hinsichtlich der Gravimetrie, Geometrie, Zugfestigkeit, Oberflächenhärte und Quellung. Die dadurch erlangten Erkenntnisse erweitern das Prozessverständnis zur reinigungstechnischen Anwendung von flüssigem Kohlendioxid und erlauben die Ableitung von grundsätzlichen Anwendungshinweisen für den angestrebten Einsatz in der Praxis.
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PublicationSteigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur unter Nutzung der elektro-magnetischen Umformung(Fraunhofer Verlag, 2017)Prasol, LukasDas geringe Formänderungsvermögen der Magnesiumlegierung AZ31 in konventionellen Blechumformprozessen bei Raumtemperatur limitiert den Einsatz in industriellen Anwendungen. Das elektro-magnetische Blechumformen hat eine Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur zur Folge. Inhalt dieser Arbeit ist eine systematische Untersuchung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei elektro-magnetischer Blechumformung und Raumtemperatur. Durch die Entwicklung eines FE-Simulationsmodells unter Integration eines formänderungsgeschwindigkeitsangepassten Werkstoffmodells ist eine Untersuchung der maßgeblichen, das Formänderungsvermögen beeinflussenden Effekte der Magnesiumlegierung AZ31 bei elektro-magnetischer Blechumformung realisierbar. Das Formänderungsvermögen wird experimentell im Belastungszustand der ebenen Dehnung und bei bi-axialer Streckziehbelastung ermittelt. Die prozessbedingte Joulesche Erwärmung des Werkstücks sowie die hohe Formänderungsgeschwindigkeit bewirken eine Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur im Vergleich zu konventionellen Blechumformprozessen.
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PublicationSteigerung der Nutzungspotenziale von CVD-diamantbeschichteten Werkzeugen(Fraunhofer Verlag, 2015)Sammler, FionaDie Gasphasenabscheidung (engl. chemical vapour deposition, CVD) erlaubt es, Diamantschichten kostengünstig direkt auf Werkzeugsubstraten abzuscheiden und öffnet somit zahlreiche Anwendungsgebiete für Diamantschneidstoffe. Eine oftmals unzureichende Schichthaftung sowie fehlende Kenntnisse in Bezug auf den Einsatz dieser Werkzeuge führen jedoch dazu, dass das hohe Potenzial CVD-diamantbeschichteter Werkzeuge derzeit noch nicht ausgenutzt wird. Im Rahmen dieser Arbeit werden neue Kenntnisse erarbeitet, die zu einer Steigerung der Nutzung dieser aussichtsreichen Werkzeuggruppe führen sollen. So werden am Beispiel von Aluminium-Legierungen die Einflüsse der System- und Stellgrößen erarbeitet und industrielle Hinweis für den Einsatz gegeben. Der Einfluss der Substrat- und Schichteigenspannungen auf die Schichthaftung und das Einsatzverhalten wird umfangreich charakterisiert und die Ergebnisse in einem Eigenspannungsmodell zusammengefasst. Letztlich kommt das Strömungsschleifen als Vor- und Nachbearbeitungsmethode zum Einsatz, um eine Werkzeugoptimierung zu ermöglichen. Die Nachbehandlung der CVD-diamantbeschichteten Werkzeuge führt zu einer Erhöhung der Schichthaftung und zeigt damit aussichtsreiche Ergebnisse. Im Rahmen der Arbeit wird ein Beitrag zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten von CVD-diamantbeschichteten Werkzeugen geleistet.