wbk Jahresbericht 2024 final inkl Inhaltslink - Flipbook - Seite 19
D I S S E R TAT I O N E N
STUDIUM UND LEHRE
VERÖFFENTLICHUNGEN
Forschungsprojekt FWT
Additive Fertigung von Sonotroden für die Ultraschalltechnik und Funktionsintegration von Kühlkanälen
Ziel des Vorhabens
Die Gestaltung dauerfester Werkzeuge mit aktiver
oder passiver Kühlung für das Ultraschallschweißen, sogenannte Sonotroden, ist durch konventionelle Fertigungsverfahren stark eingeschränkt.
Die Additive Fertigung von metallischen Bauteilen
mittels pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen
(PBF-LB) bietet die benötigte Designfreiheit und ist
für die häufige Einzelteilfertigung der Sonotroden
grundsätzlich gut geeignet. Aufgrund von stochastisch auftretenden Defekten und Poren im PBF-LB
sind die additiv hergestellten Bauteile noch nicht
für die Ultraschallschweißtechnik geeignet. Ziel des
Vorhabens ist daher die Optimierung und Qualifizierung des pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen zur Herstellung von Sonotroden.
Vorgehensweise
Zur Reduktion von prozessbedingten Poren wird ein
feineres Pulver verarbeitet, welches das Schmelzbad im Prozess stabilisieren soll, um Defekte zu
reduzieren. Die Herausforderung beim Einsatz solcher Pulver besteht in der mangelnden Beschichtbarkeit. Daher wird im Projekt ein ultraschall-angeregtes Beschichtungssystem entwickelt, welches
Anhaftungen von Pulverpartikeln vermeidet, wodurch eine Beschichtung ermöglicht werden soll.
Um diesen neuartigen Prozess zu untersuchen,
wurde ein Beschichtungsprüfstand entwickelt. Die
so erzielten Ergebnisse werden anschließend in die
PBF-Anlage übertragen. Zur Charakterisierung der
additiv hergestellten Bauteile werden die Dichte,
das Gefüge sowie mechanische Kennwerte analysiert. Durch eine Wärmebehandlung sollen zudem
die Anisotropie sowie prozessbedingte Eigenspannungen reduziert werden. Abschließend werden
Schwingproben zur Untersuchung der Eignung als
Sonotrode untersucht.
Ergebnisse
Ansprechpartner am wbk:
Kai Drechsel, M.Sc.
Telefon: +49 1525 437 5680
kai.drechsel@kit.edu
Mit Hilfe des entwickelten Beschichtungsprüfstandes und einer KI-basierten Auswertungsmethode
konnte der ultraschallangeregte Beschichtungsprozess erfolgreich qualifiziert werden. Zusätzlich
konnte eine Optimierung der Geometrie der Beschichterspitze, der Schwingungsamplitude und
der Vorschubgeschwindigkeit für eine möglichst
gleichmäßige Pulverschicht vorgenommen werden.
Die Übertragung auf die Anlage wurde erfolgreich
abgeschlossen. Die Ermittlung eines Prozessfensters mit minimalen Defekten sowie die Qualifizierung für die Anwendung als Sonotrode stehen
noch an.
Wir danken dem Ministerium für Wissenschaft,
Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg (MWK) für die finanzielle Unterstützung des
InnovationsCampus Mobilität der Zukunft (ICM). ■
Eigenentwickelter Versuchsstand zur Untersuchung des Pulverauftrages im Pulverbett-basierten Laserstrahlschmelzen (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)
Institut für Produktionstechnik Jahresbericht 2023
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