Additive Fertigung im Elektromaschinenbau: Erforschung von Potentialen der additiven Fertigung in Rotoren permanentmagneterregter Synchronmaschinen - Haase, Michael; Behrendt, Marius; Hengsbach, Florian; Kunnathully Sathees Kumar, Vinay; Magerkohl, Sebastian; Magyar, Balázs; Ponick, Bernd; Schaper, Mirko; Zimmer, Detmar
Die DFG-Projekte AddFeRo-PM (406108415) und AddFeRo-SR (465089065) untersuchten die Potenziale des LB-PBF/M-Verfahrens zur Herstellung von Rotoren für unterschiedliche elektrische Maschinen. Im interdisziplinären Ansatz wurden Materialentwicklung und mechanische sowie elektromagnetische Optimierung verbunden. Im Projekt „AddFeRo-PM“ wurde der Rotor einer permanentmagneterregten Synchron- maschine (PMSM) untersucht. FeSi erwies sich als geeignete Legierung, konnte aber wegen Spannungsrissen nur bis zu 3 % Siliziumanteil (kurz: FeSi3) verarbeitet werden. Mechanische und elektromagnetische Untersuchungen ermöglichten eine 3D-Optimierung der Rotorgeometrie und -struktur. Der Demonstrator wurde additiv gefertigt und zeigt Leicht-baupotenziale sowie reduzierte Drehmomentwelligkeit. Im Folgeprojekt „AddFeRo-SR“ kam eine Hochtemperatur-Bauraumheizung (HTBH) zum Einsatz, die FeSi mit 6,5 % Siliziumanteil verarbeitbar machte, welches bessere elektro- magnetische Eigenschaften bietet. Sie wurde bei einer Synchron-Reluktanzmaschine (SynRM) getestet. Eine hybride Rotorfertigung erwies sich jedoch aufgrund von HTBH-Einschränkungen als ungeeignet, weshalb eine einteilige Fertigung mit FeSi3 umgesetzt wurde. Experimente bestätigten vergleichbare Betriebsergebnisse zur konventionellen Fertigung bei reduzierter Rotormasse. Zusätzlich wurde eine Methodik entwickelt, um additive Verfahren als Ergänzung zur konventionellen Fertigung zu integrieren. Beide Projekte zeigen das Potenzial additiver Fertigung für Leichtbau und Wirkungsgradsteigerung im Elektromaschinenbau und bieten wertvolle Grundlagen für industrielle Anwendungen.
Keywords: Additive Fertigung; Elektromotor; Leichtbau; Synchronmotor; DFG

Einfluss von FFF-Prozessparametern auf die elektrische Leitfähigkeit von leitfähigen TPE-Komposite - Salm, Maximilian Karl Franz; Moritzer, Elmar (Technomer 2025 29. Fachtagung)
Keywords: Additive Fertigung; Elektrische Leitfähigkeit; Compounds; TPE; Fused Filament Fabrication

Dreidimensionale Oberflächenanalyse und Topografie-Simulation additiv hergestellter Laser-Sinter Bauteile - Delfs, Patrick
Anwendungen von Laser-Sinter Bauteilen als Sichtteile sind aufgrund der vergleichsweise schlechten Oberflächenqualität sehr begrenzt. In dieser Arbeit werden dreidimensionale Kennwerte benutzt, um die Oberflächenqualität von Laser-Sinter Bauteiloberflächen und die Einflüsse aus unterschiedlichen Bereichen der gesamten Prozesskette zu evaluieren. Beispielsweise wurden objektive Kennwerte, mit deren Hilfe Orangenhaut zu identifizieren ist, und Prozessparameter, die diese deutlich vermindern, gefunden. Mittels Durchführung von haptischen Versuchen wurde das subjektive Empfinden ermittelt und konnten zu objektiven Kennwerten korreliert werden. Eine mikroskopische Betrachtung des flachen Oberflächenwinkels mit verschieden farbigen Pulvern zeigt neue Erkenntnisse zum Anschmelzvorgang von Partikeln an die Schmelze. Zur nachträglichen Glättung von Oberflächen wurden mechanische, chemische und optische Nachbehandlungsmethoden verwendet und deren Potential aufgezeigt. Eine abschließende neuartige Simulation der dreidimensionalen Topografie bildet die Grundlage für ein Programm zur automatischen und funktionsgerechten Orientierung von Bauteilen, welche am Beispiel eines realen Bauteils erfolgreich validiert wurde. Zusammengenommen zeigen die Ergebnisse, dass die richtige Wahl von Bauorientierung und Prozessparametern entscheidend für die Bauteilqualität ist und selbst eine aufwendige Nachbearbeitung eine ungeschickte Wahl derer nur schwerlich ausgleichen kann.
Keywords: Additive Fertigung; Oberflächenqualität; 3D; Topografie; Simulation; PA12; Laser-Sintern; Rauheit

Design and Experimental Investigation of an Additively Manufactured PMSM Rotor - Urbanek, Stefan; Pauline, Frey; Magerkohl, Sebastian; Zimmer, Detmar; Tasche, Lennart; Schaper, Mirko; Ponick, Bernd
Keywords: Elektromotor; Elektromaschine; Additive Fertigung; AF; AM; Additive Manufacturing; DMRC; KAt

Mikrostrukturausprägung additiv gefertigter Gitterstrukturen - Sieger, Alexander
Mit Hilfe der additiven Fertigung, insbesondere dem pulverbettbasierten selektiven Laserstrahl-schmelzen (LBM), können hochkomplexe Strukturen endkonturnah hergestellt werden. Die große Designfreiheit ermöglicht, zelluläre Leichtbaustrukturen zu erzeugen, deren mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften direkt vom generativen Fertigungsverfahren abhängen. Insbesondere im Bereich des Leichtbaus bieten zelluläre Strukturen neue Ansätze zur Verminderung des Energieverbrauchs. Um dieses Potential vollständig ausschöpfen zu können, müssen die Effekte, die zum Versagen der Bauteile mit integrierten Gitterstrukturen führen, quantitativ beschrieben und verstanden werden. Dies ist Voraussetzung für eine sichere Auslegung. Dazu werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die charakteristischen Eigenschaften dieser Strukturen sowie die Einflussgrößen im Aufbauprozess näher beleuchtet. Im Rahmen dieser Dissertation werden numerische und experimentelle Untersuchungen von zwei unterschiedlichen Gitterstrukturtypen aus den Werkstoffen 316L und TiAl6V4 vorgestellt. Beide Werkstoffe werden unter monotoner, einachsiger Belastung getestet. Die parallel dazu durchgeführte digitale Bildkorrelation (DIC) ermöglicht gleichzeitig die detaillierte Analyse der lokalen Dehnungsverteilung während der Verformung. Mikrostrukturelle Eigenschaften und die resultierenden Gittercharakteristika werden mit Hilfe von rasterelektronenmikroskopischen Analysemethoden untersucht. Zudem erfolgt die Entwicklung eines Finite-Elemente- Modells, mit der Anforderung eines möglichst geringen Rechenaufwandes. Ein abschließender Vergleich der realen Dehnungsverteilung mit der FE- Analyse verifiziert das Modell.
Keywords: Additive Fertigung; TiAl6V4; 316L; Gitterstrukturen; L-PBF

Zum Laserstrahlschmelzen neuer Kunststoffmaterialien - Lohn, Johannes
Stand der Technik beim Lasersintern von Kunststoffen (SLS) ist die Fertigung von Prototypen aus z.B. Polyamid 12. Die industrielle Serienproduktion mittels SLS erfordert die Qualifizierung von produktspezifischen Materialien. Kernthema dieser Arbeit ist die Verarbeitung von neuen Kunststoffen. Hierzu wird eine optimierte Anlagentechnik entwickelt. Die Verarbeitung von schlecht rieselfähigen Pulvern wird durch ein innovatives Beschichtungssystem ermöglicht. Durch eine zwölf Zonen Heizungsregelung erfolgt die Pulvervorwärmung in der erforderlichen Präzision. Zudem ermöglicht ein variabler Laserspot eine Belichtung mit hoher Detailauflösung bei gleichzeitig hoher Aufbaurate. Der Energieeintrag im SLS Prozess und die Belichtung mit variablem Laserspotdurchmesser werden theoretisch betrachtet und mittels Computertomographie experimentell untersucht. Abschließend wird eine Systematik zur Identifizierung von Prozessparameter für die Verarbeitung neuer Materialien erarbeitet und exemplarisch wird das neue Material Polyamid 613 prozessiert.
Keywords: Additive Fertigung; Selektives Lasersintern; Kunststoff; Energieeintrag

Mikrostrukturelle und mechanische Eigenschaften der im Laserschmelzverfahren verarbeiteten Inconel 718 Nickelbasis-Superlegierung - Aydinöz, Mehmet Esat
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die mikrostrukturelle Entwicklung und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften der im SLM® Verfahren (Selective Laser Melting) verarbeiteten Nickelbasis-Superlegierung Inconel 718 untersucht. Anschließend wurde der Einfluss des HIP-Prozesses (Heißisostatisches Pressen) auf die Porosität, die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften analysiert. Da der HIP-Prozess oberflächennahe Poren nicht schließen kann, wurden ausgewählte Proben durch das Arc-PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) mit einer Ni-20Cr Beschichtung gekapselt. Da die typischen Zellstrukturen zusammen mit den γ´´- Ausscheidungen nach dem Lösungsglühen mit anschließender Ausscheidungshärtung auftreten, konnte die höchste Streckgrenze (Rp0,2) unter quasistatischer Belastung bei Raumtemperatur (RT) sowie bei 650 °C ermittelt werden. Unter zyklischer Belastung zeigen die beschichteten und heißisostatisch gepressten Proben die geringste Ermüdungsfestigkeit bei RT, sowohl vor als auch nach der Ausscheidungshärtung. Im lösungsgeglühten und anschließend ausscheidungsgehärteten Zustand weist das Material die höchste Lebensdauer, insbesondere bei einer niedrigen Dehnungsamplitude (Δε/2 = ±0,35 %), bei 650 °C auf.
Keywords: Additive Fertigung; Laserschmelzverfahren; Nickelbasis-Superlegierung; Inconel 718; Mikrostruktur; mechanische Eigenschaften; Heißisostatisches Pressen; Beschichtung

Einfluss prozess-induzierter Defekte auf die Ermüdungseigenschaften metallischer Werkstoffe verarbeitet mittels Laserstrahlschmelzen - Leuders, Stefan
Den additiven Fertigungsverfahren wird ein hohes Potential zugesprochen, die industrielle Fertigung von Bauteilen und Werkzeugen nachhaltig zu ändern. Dies gilt auch für das hier betrachtete Laserstrahlschmelzen, bei dem metallische Werkstoffe in Pulverform verarbeitet werden. Durch den schichtweisen Aufbau können dabei enorme Vorteile gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren erzielt werden, was sich u. a. in einem bis dato unerreichten Maß an Geometriefreiheit widerspiegelt. Allerdings werden die Werkstoffeigenschaften teils erheblich durch kurze und intensive Wechselwirkungen zwischen Laser und Werkstoff bestimmt. Hierdurch können sich werkstoff-spezifische Nachteile gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren ergeben, die eine weitreichende Etablierung des Laserstrahlschmelzens erschweren. Vor diesem Hintergrund zielt die vorliegende Dissertation auf eine Analyse und ggf. Optimierung der mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften laserstrahlgeschmolzener Werkstoffe. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf einer Ermüdungsbeanspruchung, da Einflüsse prozess-induzierter Defektstrukturen unter dieser Beanspruchungsform besonders deutlich werden. Durch umfangreiche Untersuchungen können dabei Prozessrouten aufgezeigt werden, die für die betrachteten Werkstoffe TiAl6V4 und 316L den detektierten Schädigungsmechanismen Rechnung tragen und somit zu einer technologischen Konkurrenzfähigkeit des Laserstrahlschmelzens führen.
Keywords: Additive Fertigung; Laserstrahlschmelzen; Materialermüdung

Prozessqualifizierung zur verlässlichen Herstellung von Produkten im Polymer Lasersinterverfahren - Rüsenberg, Stefan
Das Thema der vorliegenden Dissertation ist die "Prozessqualifizierung zur verlässlichen Herstellung von Produkten im Polymer Lasersinterverfahren". Über eine definierte Qualitätsprozesskette werden sämtliche, auf die Produktqualität relevanten Einflussparameter, bestimmt und berücksichtigt. Unterschiedliche Methoden zur Materialcharakterisierung des pulverförmigen Ausgangsmaterials werden analysiert und bewertet. Rheologische sowie chemische Eigenschaften, aber auch die Partikelgrößenverteilung oder die Schüttdichte werden hinsichtlich Relevanz, Einfluss und Anwenderfreundlichkeit untersucht. Das Ziel ist eine sinnvolle Bestimmung des Ausgangszustandes des Pulvers anhand definierter, relevanter Materialeigenschaften, um reproduzierbare technische Bauteileigenschaften zu gewährleisten. Dazu werden mechanische, dynamisch-mechanische, physikalische, elektrische, thermische sowie chemische Untersuchungen durchgeführt und hinsichtlich wichtiger Einflussparameter evaluiert. Die Bestimmung erfolgt über entwickelte Referenzjobs, in denen die hauptsächlichen Einflussfaktoren auf das Polymer-Lasersinterverfahren entlang der Qualitätsprozesskette berücksichtigt werden. Die charakterisierten Daten dienen zur Auslegung eines fiktiven Produktes aus der Luftfahrtindustrie. Mit Hilfe dieser Methoden lassen sich Materialkennwerte für diverse Simulationstools eindeutig bestimmen um eine realitätsnahe Berechnung zu gewährleisten.
Keywords: Additive Fertigung; Polymere; Lasersintern; Methode; Qualität; Konstruktion; Eigenschaften; Material; Charakterisierung; Qualifizierung