Sauerstoff ist in vielen Produktionsprozessen in der metallverarbeitenden Industrie ein Störfaktor: Die Oxidschichten, die beim Bearbeiten von Metallen durch den Sauerstoff in der Umgebung entstehen, können das Fügen von Werkstücken erschweren und den Verschleiß von Bauteilen und Werkzeugen beschleunigen. Im Sonderforschungsbereich 1368 „Sauerstofffreie Produktion“ des Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) nutzen die Forscher:innen eine innovative Methode, um dem Oxidationsproblem zu begegnen:
Sie führen während der Produktion ein Argon-Schutzgas mit einem kleinen Anteil Silan zu. Das Silan reagiert mit dem Sauerstoff der Umgebung und es entsteht eine XHV-adäquate Atmosphäre, also eine Atmosphäre mit einem so geringen Sauerstoffgehalt wie in einem extrem hohen Vakuum. Dieser Ansatz zum Ausschließen von Sauerstoff ist dabei wesentlich wirtschaftlicher als die Umsetzung eines technischen Vakuums. Am LZH erforschen Wissenschaftler:innen diesen Ansatz für das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen (LPBF, SLM) und für das Laserstrahlhartlöten.
Additive Fertigung unter sauerstofffreier Atmosphäre
Die Gruppe „Additive Fertigung – Metalle“ erforscht, wie sich Metallpulver beim LPBF/SLM in sauerstofffreier Atmosphäre verarbeiten lassen. Auf einer eigens dafür entwickelten Anlage wurde hierzu der Prozess anhand der Titanlegierung Ti-6Al-4V entwickelt und mittels Hochgeschwindigkeitskameras überwacht.
Ziel des Teilprojektes ist es, ein grundlegendes Verständnis für den Prozess unter sauerstofffreier Atmosphäre und den Einfluss des Sauerstoffs zu erlangen. Erwartet haben die Forscher:innen, dass die Abwesenheit von Sauerstoff zu einem stabileren Prozess, weniger Spritzern und besseren Bauteileigenschaften führt. Sie konnten zeigen: Die Spritzer verringern sich nicht nur in ihrer Anzahl, sondern oxidieren auch weniger stark, was die Degradierung des Pulvers vermindert. Für eine weitere Verbesserung des Prozesses und der Bauteilqualität ist es wichtig, auch die Feuchtigkeit in Atmosphäre und Pulver zu eliminieren, was in Förderperiode 2 eingehend untersucht werden soll.
Über den SFB 1368
Im Sonderforschungsbereich 1368 „Sauerstofffreie Produktion – Prozesse und Wirkzonen in sauerstofffreier Atmosphäre zur Entwicklung zukunftsfähiger Produktionstechniken und Fertigungsverfahren“ sind neben dem LZH acht Institute der Leibniz Universität Hannover, vier Institute der Technischen Universität Clausthal sowie der Lehrstuhl Datenmanagement im Maschinenbau der Universität Paderborn beteiligt. Der SFB wird von der DFG gefördert. Die zweite Förderperiode wird mit rund 10,5 Millionen Euro bis Ende 2027 gefördert.
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