Der Sonderforschungsbereich

Größenbeispiele für durch Schmelzprozesse herzustellende Bauteile

Die Herstellung hochpräziser Bauteile durch Fertigungsverfahren, bei denen der zu bearbeitende Werkstoff eine schmelzflüssige Phase durchläuft, stellt eine besondere Herausforderung dar, da Geometrie und Oberfläche des Bauteils nicht wie bei spanabhebenden Verfahren durch die definierte Bewegung eines Werkzeuges bestimmt werden sondern durch die Bedingungen des Schmelzflusses und der Schmelzerstarrung. Dabei beschränkt sich Präzision nicht nur auf kleine Bauteile, die zum Teil mit Nano- und Mikrometergenauigkeit hergestellt werden müssen, sondern umfasst auch oft große Bauteile, bei denen eine hohe Fertigungspräzision mit einer verkürzten Prozesskette ohne Nacharbeit durch die hohen Bauteilkosten besondere wirtschaftliche Vorteile nach sich ziehen. Neben konstruktiven sowie fertigungstechnischen Faktoren beeinflussen dabei vor allem thermische Effekte die Genauigkeit eines Bauteils. Diese thermischen Effekte resultieren aus Erstarrungsvorgängen, Wärmeübergang zwischen Schmelze und Werkzeug, Wärmeableitung im Bauteil sowie durch Kristallisationsprozesse und Gefügeänderungen.

Um auch bei diesen Prozessen höchste Präzision zu gewährleisten, sind neue wissenschaftliche Ansätze und Technologien nötig, um entlang des gesamten Prozesses die Erzeugung schmelzflüssiger Phasen, deren Dynamik während des Prozesses sowie deren Erstarrung gezielt zu beeinflussen. Mit dem Ansatz eines „Precision Melt Engineering“ widmet sich der SFB 1120 dieser Themenstellung mit dem Ziel, für schmelzbehaftete Fertigungstechnologien wie Urformen, Fügen, Trennen, Generative Fertigung und Beschichten – also Verfahren, bei denen ein Werkstoff im Prozess zumindest zeitweise als flüssige Phase vorliegt und an eine Feststoffphase aus dem gleichen oder einem anderen Material angrenzt – eine dimensionsübergreifende Beschreibung der ablaufenden Prozesse zu erarbeiten und verursachungsgerechte Maßnahmen zur Erhöhung und Erzielung der Präzision abzuleiten. Abhängig von der Dimension des Schmelzvolumens soll die Präzision dieser schmelzbasierten Fertigungsprozesse um jeweils eine Größenordnung erhöht werden, wobei für die verschiedenen Fertigungsverfahren unterschiedliche Kriterien an den Begriff Präzision, wie beispielsweise Verzug, Porenbildung oder Oberflächenqualität gestellt werden.

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