Ziel

  Wissenschaftliche Zielstellung zur Erzeugung hochpräziser Bauteile aus schmelzebasierten Fertigungsprozessen. Urheberrecht: © SFB 1120 Wissenschaftliche Zielstellung zur Erzeugung hochpräziser Bauteile aus schmelzebasierten Fertigungsprozessen.

Höchste Präzision in der Fertigung in möglichst einfachen Prozessketten und wenigen Prozessschritten ist eine der Hauptforderungen der produzierenden Unternehmen, um zu wettbewerbsfähigen Kosten eine stabile und nachhaltige Produktion in Hochlohnländern wie Deutschland erhalten und ausbauen zu können.

Die Aufgabe des SFB 1120 ist, die einzelnen Fragestellungen und Einflussfaktoren hinsichtlich Schmelzeentstehung, Schmelzfluss, Energietransport und Erstarrung zu systematisieren und einer möglichst übergeordneten Beschreibung zuzuführen. Diese Beschreibung orientiert sich an der Beantwortung wesentlicher Fragestellungen zur Energieeinkopplung, Schmelzströmung, Phasen- und Gefügeumwandlung, Volumenkontraktion, Diffusion und Ausscheidung in Abhängigkeit des Temperaturgradienten:

  • Wie kann durch die Simulation der beteiligten physikalischen Einzelprozesse oder des Gesamtprozesses die Präzision der Vorhersage einerseits der Schmelz- und Erstarrungsvorgänge und andererseits der Wechselwirkung mit äußeren Effekten gesteigert werden?
  • Wie und in welchem Maß können die Wechselwirkungen der physikalischen und werkstofflichen Einzelprozesse (zeitlich und örtlich dynamisch) untereinander und bezogen auf das Gesamtbauteil zusammenhängend zur Steigerung der Präzision oder zur Kompensation von Defektursachen/Genauigkeitsabweichung genutzt werden?
  • Wie lassen sich diese Möglichkeiten zur Beherrschung der Schmelze und zur Einstellung einer gewünschten Bauteilpräzision in produktionsrelevante Technologie(-ansätze) umsetzen?

Dabei bedeuten unter anderem:

  • Physikalischer Einzelprozess: dynamische Energieeinkopplung, Energieabsorption, Schmelzbadströmung, Grenzflächen- bzw. Oberflächenspannungseffekte, Temperaturfelder und –gradienten, Verdampfung, Schichtaufbau
  • Werkstofflicher Einzelprozess: Schrumpfung, Ausscheidungen, Gefügeentstehung, Phasenumwandlung, Eigenspannungen, Reptation, chemische Gradientenausbildung, Diffusion
  • : Reduktion des Verzugs, der Fehlerhäufigkeit, der Oberflächenrauheit, der Bauteilgeometrie; Steigerung der mechanisch-technologische Eigenschaften; Verbesserung der thermischen und elektrischen Eigenschaften sowie der Prädiktionsgenauigkeit

Das zentrale Ergebnis des Sonderforschungsbereiches ist die multiskalige Beherrschung der Schmelze und eine prädiktive Prozessführung bei schmelzebasierten Fertigungsprozessen ausgehend von der Schmelzeentstehung über den Schmelzefluss bis zur Erstarrung als Voraussetzung für die Erhöhung der Präzision und die Vermeidung von Prozessfehlern in und an schmelztechnisch hergestellten Bauteilen.