Wie sich für bestimmte Belastungen optimierte Metallstrukturen mit dem Laserauftragschweißen erzeugen lassen, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler künftig in einer neuen Forschungsgruppe. Bei dem Verfahren handelt es sich um eine Art 3D-Druck für Metalle. Die Forschenden um Prof. Dr. Andreas Ostendorf von der der Ruhr-Universität Bochum wollen das Laserauftragschweißen mithilfe von Robotertechnik und Computersimulationen optimieren, um neue Geometrien zu ermöglichen, die mit konventionellen Verfahren nicht hergestellt werden könnten.
An der Gruppe „Simulationsgestützte Auslegung der fertigungsgerechten Herstellung von belastungsoptimierten Freiformbauteilen mittels Laserauftragschweißen“ sind neben vier Lehrstühlen der Ruhr-Universität Bochum Forschende der Technischen Universität Dortmund, der Bergischen Universität Wuppertal und der Leibniz Universität Hannover beteiligt.
Optimale Strukturen mit Computersimulationen berechnen
In verschiedenen Anwendungen müssen Bauteile große Kräfte aufnehmen, gleichzeitig soll ihre Masse aber so gering wie möglich sein. Besonders für Spezialwerkzeuge oder in der Luft- und Raumfahrt sind solche Bauteile gefragt. Diese Bauteile werden normalerweise entweder durch Gießen oder durch Fräsen aus einem metallischen Vollkörper hergestellt. „Bestimmte geometrische Formen und spezielle lokale Werkstoffeigenschaften lassen sich mit diesen Verfahren jedoch nicht erzeugen“, erklärt Andreas Ostendorf, Leiter des Bochumer Lehrstuhls für Laseranwendungstechnik. Hier schafft das Laserauftragschweißen Abhilfe. Bei dem Verfahren erwärmt ein Laserstrahl lokal eine metallische Oberfläche und schmilzt diese auf. Gleichzeitig wird ein metallischer Draht in das Schmelzbad gefördert. Der geschmolzene Draht verbindet sich so mit der Oberfläche. So kann schichtweise ein dreidimensionales Objekt aufgebaut werden.
Zwei Roboter arbeiten Hand in Hand
Das Verfahren wollen die Bochumer Forschenden und ihre Partner für verschiedene Stähle weiterentwickeln. Mit Computersimulationen erzeugen sie zunächst eine Anleitung für den Aufbau einer dreidimensionalen Struktur. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler berechnen, wie genau die Geometrie beschaffen sein muss, um den auftretenden Belastungen standhalten zu können, und in welcher Reihenfolge welche Bereiche aufgebaut werden müssen.
Die Umsetzung übernehmen anschließend zwei Roboter. Der eine baut die Strukturen durch Laserauftragschweißen auf, der andere nimmt Zwischenkorrekturen durch Fräsen vor und verringert auf diese Weise die Rauheit der Oberfläche. Die experimentellen Arbeiten erfolgen im Forschungszentrum für das Engineering Smarter Produkt-Service Systeme, kurz ZESS, der Ruhr-Universität Bochum. Das Projekt beginnt Anfang 2025.
Quelle: Ruhr-Universität Bochum
