Entwicklung einer intelligenten Prozessüberwachung und Regelung zum Laserauftragschweißen von Multimaterial-Verbindungen

Bernhard, R.; Neef, P.; Wiche, H. GND; Wesling, V. GND; Hoff, C.; Hermsdorf, J.; Kaierle, S.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Generative Fertigung optischer, thermaler und struktureller (OTS)-Komponenten“ (GROTESK) werden neuartige Multimaterial-Werkstoffe und deren Verbindungen mit Laserkomponenten entwickelt. Für die additive Verarbeitung dieser Materialien eignet sich das Laserauftragschweißen besonders, da bei diesem Verfahren auf Freiformoberflächen Material aufgeschweißt werden kann. Vorangegangene Untersuchungen zeigen, dass durch den Einsatz von pulverförmigen Werkstoffen verschiedener Zusammensetzung die Eigenschaften des Materialauftrags gezielt einstellbar sind. Eine Herausforderung stellt dabei jedoch die Verarbeitung der dafür entwickelten kupferbasierten Spezialwerkstoffe dar, sodass Imperfektionen im generierten Bauteil auftreten können. Konventionelle Schmelzbadtemperaturregler stoßen hier aufgrund der Materialzusammensetzung des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs an ihre Grenzen. Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt den Einsatz einer intelligenten Prozessüberwachung und -regelung für Spezialwerkstoffe. Die Verarbeitung dieser Werkstoffe ist mit konventioneller, pyrometrischer Prozessregelung aufgrund der stark variierenden Emissivitäten nicht möglich. Es wird gezeigt, wie Schmelzbäder mittels künstlicher neuronaler Netze klassifiziert und anschließend durch Bildverarbeitung Merkmale extrahiert werden können. Die so ermittelte Schmelzbadoberfläche bildet die Eingangsgröße für eine nachgeschaltete Prozessregelung. Die Verarbeitung der Spezialwerkstoffe im Regelkreis mit Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit oder Pulverzufuhr zielt auf die Qualitätssteigerung der Multimaterial-Verbindungen ab.

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Bernhard, R. / Neef, P. / Wiche, H. / et al: Entwicklung einer intelligenten Prozessüberwachung und Regelung zum Laserauftragschweißen von Multimaterial-Verbindungen. Düren 2021. Shaker.

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