Turbomaschinenbau, IN718 und ein Gewinnspiel: Der Third Thursday im Juli

Wie lauten die drei wichtigsten (wt %) Elemente in IN718 und wie viele Stunden saß Lisa im Zug?

 

© Forschungscampus DPP, Aachen.

Mit diesen Fragen gab es beim Third Thursday am 16. Juli 2020 eine Laborführung im neuen Research Center Digital Photonic Production (RCDPP) sowie das erste offline-Bier seit Beginn der COVID 19-Pandemie zu gewinnen. Die kreativen Köpfe dahinter waren unsere Gäste Lisa Kersting (Siemens AG) und Jonas Zielinski (RWTH DAP). Lisa gab uns zusätzlich einen kleinen Einblick in ihr ehemaliges Pendlerin-Leben geben, das für sie reichlich Abwechslung bedeutete: Zwei Wochen Berlin, zwei Wochen Aachen. Zwei Wochen Berlin, zwei Wochen Aachen… Das bedeutete einerseits insgesamt 420 Stunden (17,5 volle Tage) im Zug, andererseits aber auch doppelt so viele Freundschaften, Vereine, Netzwerke und eine arbeitskulturelle Mischung aus Forschung und Industrie.

Innerhalb der Arbeitsgruppe DPP Direct Turbine beschäftigten sie sich mit dem Bereich Turbomaschinenbau in der Luftfahrt- und Energieindustrie. An dieser Aufgabe beteiligten sich auf der industriellen Seite die Firmen MTU Aero Engines und Siemens AG sowie der RWTH-Lehrstuhl für Digital Additive Production (DAP) und access auf der wissenschaftlichen Seite. Nach der fünfjährigen ersten Phase gab es nun Einiges zu berichten: „DPP Direct Turbine – Was wurde gemacht und was wird daraus?“ lautete das Motto des vergangenen Third Thursdays.

Im Teilprojekt DPP Direct Turbine bestand zunächst Bedarf hinsichtlich der Funktionalität von Bauteilen, des Leichtbaus, Integralbauteilen, höherer Gastemperatur, schnellerer Entwicklung und Fertigung von Produkten sowie einer größeren Anzahl an Design-Test-Iterationen.

 

Daraus folgte das Ziel, einen robusteren und reproduzierbaren L-PBF-Prozess zu schaffen.

 

Um dorthin zu gelangen, steckte sich das Team DPP Direct Turbine verschiedene Teilziele. In der Praxis bestanden diese aus insgesamt fünf Arbeitspaketen. In Arbeitspaket (AP) 1 mussten sämtliche Einfluss- und Wirkzusammenhänge bezogen auf Pulver, Gefüge, Verfahrensparameter und mechanische Kennwerte erfasst werden. Dabei fanden sie heraus, dass die Schmelzbadtiefe und -breite in erster Näherung linear mit Laserleistung und Scangeschwindigkeit korrelieren; der Spurabstand ist dabei vernachlässigbar. Folglich ist die Erstarrungsstruktur (PDAA) nicht eindeutig und die Textur bleibt unbeeinflusst. Bei der Korngrößenverteilung lässt sich ab EV -30% eine Verkleinerung der Korngrößen festhalten.

In AP 2/3 lautete das Ziel, die Oberflächenrauheit mit feinem Pulver zu reduzieren. Dabei konnte das Team festhalten: Mit feinerem Pulver können geringere Oberflächenrauheiten erreicht werden. Dennoch gestaltet sich der Auftrag von feinerem Pulver schwieriger. Außerdem war es das Ziel, die Oberflächenrauheit durch eine Verringerung des Strahldurchmessers zu senken. Dabei kam jedoch heraus, dass die Ausgangswerte der Oberflächenrauheit auch mit verringertem Strahldurchmesser nicht unterboten werden können.

Für AP 4 galt es, die Oberflächenrauheit unter Variation der Up-Down-Skin-Parameter zu untersuchen. Dabei vereinfacht DoE (die statistische Versuchsplanung), die Zielgrößenoptimierung. Eine Regressionsmodellierung ist jedoch nicht empfehlenswert. Die Einflussfaktoren Bauraum und Grenzwellenlänge müssen mit in Betracht gezogen werden. In AP 5 ging es schließlich um die Maschinenübertragbarkeit des Prozesses. Bei einem umfangreichen Ringversuch fanden sie heraus, dass die Anlagen abhängig vom Maschinenhersteller auch unterschiedlich gewartet sind. Diese Anlageneinstellungen haben wiederum einen Einfluss auf die Varianzen zwischen den jeweiligen Bauteilqualitäten. Somit muss für das vollständige Verständnis der Maschinenabhängigkeit zunächst ein Konzept für eine Standardisierung der Anlangen-Wartung ermittelt werden.

© Forschungscampus DPP, Aachen.

Während der Arbeit im Team DPP Direct Turbine entstand außerdem die Veröffentlichung „From melt pool to mechanical properties: A Simulative Approach to L-PBF Processed Material Behavior“ von Jonas Zielinski, Guillaume Boussinot, Gottfried Laschet, Markus Apel und Johannes Henrich Schleifenbaum.

 

Anknüpfung zu den Sprintteams DPP Phase 2

Die vier Themenschwerpunkte aus DPP Phase 1, Robuster LPBF Prozess (AP1), Oberflächenrauheit (AP2/3), Virtueller Prozess (AP4), Maschinenübertragbarkeit (AP5), werden wir auch in den folgenden Sprintteams der kommenden 2. Forschungsförderphase wiederfinden:

 

  • Sprintteam 1 „Angepasste zeitliche und örtliche Modulation der Laserleistung für das L-PBF“ greift die Arbeitspakete 1 „Robuster L-PBF Prozess“ sowie 2/3 „Oberflächenrauheit“ auf.
  • Sprintteam 2 „Entwicklung von angepassten Legierungssystemen für das laserbasierte Additive Manufacturing“ setzt die Forschung aus Arbeitspaket 4 „Virtueller Prozess“ fort.
  • Sprintteam 4 „Entwicklung und Validierung eines Konzepts zur Prozesscharakterisierung und Maschinenübertragbarkeit für die additive Fertigung“ knüpft an die Arbeitspakete „Robuster L-PBF-Prozess“ und „Maschinenübertragbarkeit“ an.

 

Save the date: Am 20.08.20, 16:30 Uhr, findet der nächste Third Thursday statt! Dann zu Gast: Andreas Collet (RWTH DAP) und Sebastian Blümer (GKN), die gemeinsam das Projekt Industrialization and Digitalization of of Additive Manufacturing (IDAM) vorstellen.

 

 

EB