Das Projekt "SubsTungs - Substitution von Wolfram in Verschleißschutzschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Reiloy-Metall GmbH durchgeführt. Als Schutz gegen extremen abrasiven Verschleiß, wie er beim Umgang mit mineralischen Gütern als auch bei der Kunststoffextrusion und dem Kunststoffspritzguss auftritt, haben sich Hartverbundschichten bewährt. Deren hoher Verschleißwiderstand beruht im Allgemeinen auf Wolframkarbiden, die in hohen Gehalten (ca. 40 Vol.-Prozent) einer Nickelbasis-Legierung zugegeben sind. Wolfram als auch Nickel gehören gemäß mehrerer Studien zu den kritischen Rohstoffen. Das Gesamtziel des vorliegen Verbundvorhabens ist daher die Entwicklung hochverschleißbeständiger Auftragsschweißlegierungen, in denen Wolframkarbid und Nickel durch andere in Europa verfügbare kostengünstige Rohstoffe ersetzt wurden. Die Reiloy Metall GmbH wird sich in diesem Rahmen primär der Entwicklung eines alternativen Matrixwerkstoffes widmen.
Das Projekt "SubsTungs - Substitution von Wolfram in Verschleißschutzschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vattenfall Europe Mining AG durchgeführt. Bei starkem Abrasionsverschleiß, wie er im Umgang mit mineralischen Gütern häufig auftritt, haben sich auftraggeschweißte Hartverbundschichten bewährt. Deren hoher Verschleißwiderstand beruht darauf, dass harte Wolframkarbidpartikel (WC oder WC/W2C) in hohen Gehalten (bis zu 40 Vol. %) einer metallischen Matrix auf meist Ni-Basis zugegeben werden. Die keramischen Wolframkarbide stellen sich furchenden mineralischen Partikeln in den Weg und sind aufgrund ihrer hohen Härte bei gleichzeitig hoher Bruchzähigkeit für den Verschleißwiderstand und die daraus resultierende Lebensdauer von Verschleißteilen verantwortlich. Da Wolfram gemäß mehrerer Studien zu den kritischen Rohstoffen gehört, ist das Gesamtziel des vorliegenden Verbundvorhabens die Entwicklung hochverschleißbe-ständiger wolframfreier Auftragschweißlegierungen. Wolframkarbid soll durch andere in Europa verfügbare und zugleich kostengünstige Hartstoffe ersetzt werden. Die Materialkosten der Auftragschweißung sollen zusätzlich durch die Substitution der bisher verwendeten Ni-Matrices erzielt werden. Es werden Fe-Basis-Matrices entwickelt. Als Hartstoffe werden Karbide, wie das hoch harte Siliziumkarbid, aber auch Oxide benutzt. Um sie ausreichend sicher in die Fe-Basis-Matrices einzubetten, müssen werkstofftechnische und technologische Untersuchungen durchgeführt werden. Werkstofftechnisch werden Transferschichten vorgesehen, die eine optimale chemisch/physikalische Bindung zu der Matrix auf Fe-Basisgarantieren. Diese Transferschichtensollen einerseits unerwünschte Reaktionen zwischen dem Hartstoff und Metallmatrix unterbinden und andererseits eine metallurgische Hartstoffeinbindung in die Metallmatrix ermöglichen. In einem ersten Schritt gilt es, geeignete Transferbeschichtungen mittels der physikalischen und chemischen Gasphasenabscheidung auf den zuvor ausgewählten Hartstoffpartikeln zu platzieren. Gleichzeitig wird eigens für diesen Zweck eine pulvermetallurgische Hartlegierung auf Fe-Basis entwickelt und diese durch Gasverdüsen hergestellt. Technologisch wird das Metallpulver in einem weiteren Prozessschritt mit den beschichteten Hartstoffen vermengt und zu einem schweißbaren Pulvergemisch, Schweißstäben sowie zu Fülldrähten weiterverarbeitet. Die hergestellten Schweißzusatzwerkstoffe mit alternativen Hartstoffen sollen zu Panzerschichten auf Baustahlsubstraten mit den Auftragtechnologien: autogenes-, Fülldraht-, PTA-, UP-Schweißen, Laserschweißen sowie mittels InduClad verarbeitet werden. Neben der Bewertung der hergestellten Panzerschichten bezüglich der tribologischen und mechanischen Eigenschaften unter Laborbedingungen gilt es, das Potential der neu entwickelten Panzerschichten unter realen Praxisbedingungen zu prüfen. Als Demonstrator wird auf Bauteile des im Bild 1 darstellten Gewinnungsgerätes; insbesondere auf Schneiden von Grabgefäßen zurückgegriffen.
Das Projekt "Teilprojekt: Prozess- und Systemtechnik des generativen Laser-Draht-Auftragschweißens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik durchgeführt. Im Rahmen des Verbundvorhabens PROGEN wird die Erarbeitung eines hybriden Fertigungskonzepts zur hochproduktiven generativen Produktherstellung angestrebt. Dieses Konzept soll an einer voll funktionsfähigen Prototypenanlage demonstriert werden, in der die drei dazu notwendigen Teilprozesse Laser-Draht-Auftragschweißen, Fräsen und Geometrieerfassung über neuartige Hard- und Softwareschnittstellen miteinander verknüpft sind. Die einzelnen Prozesse sind in Vorbereitung dazu im einzelnen so weit zu entwickeln, dass sie für die darzustellenden Demonstratorbauteile eingesetzt werden können. Dazu ist es notwendig bauteilspezifische Fragestellungen zur zugrundeliegenden Systemtechnik, Prozesstechnik und Werkstofftechnik zu klären, um eine geschlossene, zeit- und ressourceneffiziente Fertigungskette abzubilden. Die Bearbeitung des Vorhabens erfolgt in acht Arbeitspaketen, die jeweils wiederum in mehrere Arbeitsschritte untergliedert sind. Die inhaltliche Ausgestaltung dieser Schritte erfolgt für alle Verbundpartner im Rahmenplan. Für das IWS ergeben sich Arbeitsschwerpunkte in den Prozessuntersuchungen zum Generieren, bei der Erzeugung der Mustergeometrien, in der Fertigung der Demonstratoren sowie in der Weiterentwicklung der notwendigen Lasersystemtechnik für den Einsatz eines Diodenlasers neuester Generation. Der Fortschritt der Entwicklung sowie die Einhaltung der gesetzten drei Meilensteine soll in regelmäßig stattfindenden Verbund- und Arbeitstreffen sichergestellt werden.
Das Projekt "Substitution umweltbelastender galvanischer Beschichtungsverfahren durch ressourceneffizientes laserunterstütztes Auftragschweißen zur Herstellung elektrischer Kontakte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie durchgeführt. Zielsetzung und Anlaß des Vorhabens: Elektrische Kontaktbauteile wie Steckverbinder, Schleiffedern oder Schnappscheiben werden an ihren Kontaktflächen mit Gold beschichtet, um die elektrische Leitfähigkeit der Bauteile zu verbessern. Die Beschichtung wird in galvanischen Verfahren unter Einsatz und Entstehung von umweltschädlichen chemischen Verbindungen und kontaminiertem Abwasser aufgetragen. Um diese Beschichtungsverfahren mit ihren umweltbelastenden Eigenschaften ersetzen zu können, wird im Forschungsvorhaben ein energie- und ressourceneffizientes Verfahren zum Auftragen von Edelmetallbeschichtungen entwickelt. Dafür wird der Beschichtungswerkstoff in Form dünner Mikrodrähte auf die Substratoberfläche gefördert und mittels Laserstrahlung aufgeschweißt. Zielsetzung ist die vollautomatisierte Beschichtung von Bauteilen in diesem umweltschonenden Verfahren zur Substitution galvanischer Beschichtungsprozesse. Fazit: Die Systemtechnik zum Mikroaufschweißen von Golddrähten zur Beschichtung elektrischer Bauteile konnte erfolgreich automatisiert werden. Der Aufbau des Stand-Alone-Systems bietet die Möglichkeit zur unabhängigen Integration in die Prozessketten der Kontaktbauteilhersteller und löst die Abhängigkeit von Galvanikbetrieben auf. Zugleich lassen sich mittels des umweltschonenden und ressourceneffizienten Verfahren signifikante Kostenvorteile durch Reduktion des Goldverbrauchs erzielen. Die Technologie wird nach der Projektlaufzeit zur Serienreife weiterentwickelt und für den kostengünstigen Einsatz in der Industrie optimiert.
Das Projekt "Teilprojekt: Prozessüberwachung mit Schwerpunkt Auftragsschweißen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MTU Aero Engines AG durchgeführt. Derzeit fehlen für artungleiche Fügungen Grundlagen, um modulare, hoch belastete Turbinenbauteile sicher in Betrieb zu nehmen. Bisher wurde sich dieser Thematik über den experimentellen Ansatz genähert. Lange Entwicklungszyklen sind die Konsequenz. Darüber hinaus kann nicht davon ausgegangen werden, DEN optimalen Prozess definiert zu haben. Daher ist es Ziel des Projektes, eine integrierte Simulationskette zur Charakterisierung von Fügungen aufzubauen und zu verifizieren. Bisher existieren noch keine Tools, die Fügungen in Gänze vorhersagbar machen. Dies erfordert eine INTEGRIERTE SIMULATIONSKETTE. Am Beispiel von hochwarmfesten Nickellegierungen soll dazu parallel zur eigentlichen Fügeprozessentwicklung und Charakterisierung eine Simulationskette mit standardisierten Schnittstellen zwischen den Modulen PROZESS, STRUKTUR und EIGENSCHAFTEN geschaffen werden. Das Modul PROZESS beinhaltet die Prozesssimulation (Laser- und EB-Schweißen) sowie die detaillierte Prozessüberwachung (Hochtemperaturlöten und Schweißen) wichtiger Parameter. Diese Informationen werden an das Modul STRUKTUR übergeben, um mittels Phasenfeldmethode die Mikrostruktur zu simulieren. Die synthetischen Mikrostrukturen sind der Schlüssel zur Berechnung der mechanischen Eigenschaften im Modul EIGENSCHAFTEN. Dies wird über mikrostrukturabhängige Materialmodelle abgebildet, mit denen es möglich ist, die Festigkeit der Verbunde zu berechnen. Durch das Projekt wird ein schlagkräftiges wissenschaftliches Netzwerk gebildet. Die Kette sowie die Materialien können auf weitere Fragestellungen ausgeweitet werden (z.B. Automobilindustrie). Die Industriepartner werden die Kette in ihre Materialentwicklungsprozesse übernehmen. Nach Projektende wird die Kette auf ihre Belastbarkeit hin verifiziert und die Vorhersagegenauigkeit gesteigert, um die Entwicklungszyklen langfristig um bis zu 50% zu verkürzen. Dies ist die Voraussetzung für die Entwicklung neuer hocheffektiver, modularer Komponenten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Erprobung von Beschichtungsköpfen für Hochleistungsdiodenlaser neuster Generation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik durchgeführt. Das IWS erarbeitet im Rahmen von HiDEPO neuartige Systemtechnik- und Prozesslösungen, die es erstmals ermöglichen werden, bis zu 20 kW Laserleistung für das Auftragschweißen mit draht- und bandförmigen Zusatzwerkstoffen nutzbar zu machen. Dies soll durch am IWS zu konstruierende, integrierte Bearbeitungsköpfe erreicht werden, die mit 100%-iger Materialausnutzung im höchsten Maße ressourceneffizient arbeiten können. Damit soll eine ökonomische, prozesstechnische Alternative zu bisher für den Schutz von Großbauteilen eingesetzten Hartverchromen und Thermischen Spritzen umgesetzt werden, die Auftragraten größer als 8 kg/h für Fe- und Ni-Basislegieren bietet. Sowohl Konzeption und Design als auch Fertigung und Inbetriebnahme zweier Laser-Bearbeitungsköpfe der 20 kW-Leistungsklasse für die Materialformen Dickdraht (D größer als 1,2 mm) und Schweißband (A größer als über gleich zu (1x10) mm2) erfolgen maßgebend am IWS. Der Projektpartner Laserline liefert darauf abgestimmte neuartige Optikkomponenten, die durch das IWS zusammen mit Materialzufuhr und weiteren Funktionen (Justage/Kühlung/Prozessbeobachtung) in die Köpfe integriert werden. Nach Fertigung und Inbetriebnahme wird in Prozessuntersuchungen deren Funktionalität bewertet, sowie durch begleitende Schichtcharakterisierung (Schliffanfertigung/Lichtmikroskopie/Härtemessung) die maximal erreichbaren Produktivitätskennwerte (Auftragrate/Flächenleistung) ermittelt, um diese abschließend auf Demonstratorbauteile zu übertragen.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung eines integrierten Robotersystems zur generativen Hochleistungsfertigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von A2 Anlagentechnik und Automation GmbH durchgeführt. Ziel des Forschungsprojekt ist die Entwicklung eines Hochleistungs-Fertigungsverfahrens, das auf der Kombination weiterentwickelter Einzelverfahren beruht. Kombiniert wird ein Material- und Energieeffizienz optimiertes Laser-Auftragsschweissen, mit dem Geometrien auf Basis von CAD-Daten generativ erzeugt werden, mit nachgeschalteten Prozessen. Hierbei wird das Rohteil in mehreren Schritten laser-vermessen und mit unterschiedlichsten Werkzeugen spanend bearbeitet. Kern ist eine Hybrid-Roboterzelle, mit der die gesamte Prozesskette vom Auftragsschweissen über eine hochexakte Laservermessung bis zur mehrstufigen spanenden Bearbeitung realisiert wird. Zur Optimierung der Bearbeitungsgenauigkeit erfolgt eine Laserbasierende Onlinekorrektur der Roboterbewegungen. Am Ende des Forschungsprojekt steht der Nachweis der Praxistauglichkeit eines hybriden Hochleistungsfertigungsverfahrens, das unter minimalem Material-und Energieeinsatz und unter Berücksichtigung des Umwelt- und Personenschutzes Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen ab Losgröße 1 wirtschaftlich fertigen kann. Eine ganz wesentliche Herausforderung innerhalb des Forschungsprojekts stellt die Integration der gesamten Prozesskette in eine kompakte Fertigungszelle dar. Relevant sind hierbei die Anforderungen der Einzelprozesse, die Schnittstellen zwischen den Einzelkomponenten und die Industrietauglichkeit des Demonstrators. Teilaspekt ist die Einhaltung der Vorschriften zu Personen- und Umweltschutz, die sich aus den Basis-Werkstoffen und den Verarbeitungs-Prozessen ergeben. Insbesondere sind dies Laser- und Splitterschutz, Materialaustrag und Absaugtechnik. Die Absauganlage muss sowohl Schweiss-Abgase als auch metallische, evtl. explosionsgefährliche Feinstäube umweltverträglich aus der Zelle absaugen. Erst diese Technologie ermöglicht die Kombination gas- und staubemittierender Prozesse mit optischen Vermessungsmethoden.
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