Prozessentwicklung zur Additiven Fertigung von Multimaterialverbindungen

Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Laserauftragschweißprozess zur additiven Fertigung von Multimaterialverbindungen aus adaptierten Werkstoffsystemen entwickelt. Der technische Fortschritt der Technologien für funktionale, thermale und optische Multimaterialkomponenten macht den Einsatz neuartiger und angepasster Werkstoffsysteme notwendig. Mit dem Ziel 3D-Strukturen an Probekörpern in einem einzigen Verfahrensschritt aufzubauen, werden die Prozesseinflüsse in einem pulverbasierten koaxialen Laserauftragschweißprozess untersucht. Die ermöglichte additive Verarbeitung der angepassten Werkstoffsysteme führt zur Reduzierung von thermischen Ausdehnungsunterschieden zwischen den Werkstoffpartnern in Multimaterialverbindungen. Dies ist die Grundlage zur Reduktion thermisch induzierter mechanischer Spannungen im Betrieb von laseroptischen oder leistungselektronischen Systemen. Für die Materialauswahl werden Schweißversuche an Eisen-Nickel- und Molybdän-Kupfer-Werkstoffbasissystemen durchgeführt. Im Vergleich zeigt das Molybdän-Kupfer-Werkstoffsystem Vorteile hinsichtlich seiner geringen Verarbeitungstemperatur und den an die Probekörper angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten. Mit der Weiterentwicklung dieses Werkstoffs durch die Zugabe von Refraktärmetallen und Phosphor ist erstmals eine additiv gefertigte Pseudolegierung herstellbar. Diese Pseudolegierung zeichnet sich makroskopisch durch angepasste Werkstoffeigenschaften aus. Mikroskopisch sind die enthaltenen Molybdänpartikel von der Kupfer-Phosphor-Matrix eingeschlossen. Die notwendigen Prozesseinstellungen werden an einer Laserauftragschweißanlage entwickelt. Dabei wird eine mehrschrittige statistische Versuchsplanung eingesetzt. Die Auswertung deckt signifikante Prozesseinflüsse auf. Mit den erstellten Vorhersagemodellen werden die Laserprozesseinstellungen verbessert. Das definierte Prozessfenster wird zusätzlich auf eine Schmelzbadgrößenregelung übertragen, welche sich durch den Einsatz eines neuronalen Faltungsnetzes vom Stand der Technik abhebt. Die Kombination der ermittelten Prozesseinstellungen mit neuen Auswertungsmethoden und einer intelligenten Prozessregelung ermöglicht die additive Fertigung von eigenschaftsadaptierten Molybdän-Kupfer-Pseudolegierungen. Die entwickelte Prozessstrategie verbindet Probekörper mit Metall mittels Laserauftragschweißen und erzeugt erste Multimaterial-Bauteile.