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Angebote des Bereiches Fertigungs- und Werkstofftechnik (FWT)

Fertigungs- und Werkstofftechnik (FWT)
Abbildung 1: Wälzschälen
Abbildung 2: SLM-Kugel (Quelle: Edelstahl Rosswag)
Abbildung 3: Prozesskette zur Herstellung einer Schaltmuffe
Abbildung 4: Zerspanungssimulation
Abbildung 5: Randzone mit oberflächennaher nanokristalliner Struktur
Abbildung 6: Mikrostrukturierte Oberfläche für tribologische Anwendungen

Die Entwicklung neuer Produkte ist eine zentrale Ingenieursaufgabe, die interdisziplinär, also als Zusammenarbeit zwischen Produktentwicklung, Fertigungstechnik und Werkstoffkunde, wesentlich erfolgreicher umgesetzt werden kann. Dies hat seine Ursache darin, dass die in der Entwicklung geforderten Bauteileigenschaften durch die einzelnen Prozessschritte vom Rohstoff bzw. Halbzeug bis hin zum fertigen Bauteil signifikant beeinflusst werden. Der Bereich Fertigungs- und Werkstofftechnik am wbk bietet Dienstleistungen entlang der gesamten Bauteilfertigungskette. Die Schwerpunkte gliedern sich in die Bereiche „Prozesse“ und „Surface Engineering“, die nachfolgend genauer beschrieben sind.
 

Prozesse

Die vorrangige Aufgabenstellung des Bereichs Fertigungs- und Werkstofftechnik (FWT) ist die Entwicklung und Optimierung von Prozessen und Prozessketten unter Betrachtung der fertigungsbedingten Bauteileigenschaften.

1. Fertigungsprozesse
Die Untersuchung etablierter als auch die Entwicklung neuer innovativer Fertigungsprozesse in den Bereichen Zerspanung, Mikrobearbeitung, Generative Fertigung sowie Wärme- und Oberflächenbehandlung zählt zu den Kernkompetenzen des Bereichs Fertigungs- und Werkstofftechnik. Diese werden in enger Zusammenarbeit mit der Industrie stetig weiterentwickelt und optimiert. Dabei stehen spanende und abtragende Fertigungsverfahren im Makro- und Mikrobereich im Fokus. Im Bereich der Makrobearbeitung bieten wir neben klassischen Bohr-, Dreh-, und Fräsprozessen Dienstleistungen für hochproduktive und kinematisch herausfordernde Verfahren, wie bspw. Räumen, Wälzschälen und Wirbeln, an. Auf Seiten der Mikrobearbeitung unterstützen wir Sie gerne mit den Verfahren Mikrofräsen, Mikrofunkenerosion, Mikrolaserabtragen sowie in der Kombination der drei Verfahren. Additive Verfahren werden ebenfalls am Institut untersucht und kommen zum Einsatz, wenn die Bauteilanforderungen mit den herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht mehr oder nur noch sehr schwierig herstellbar sind. Bei diesen Verfahren unterstützten wir Sie bspw. bei der Pulverqualifizierung, aber auch bei der Herstellung unterschiedlichster Geometrien und komplexer Strukturen, völlig losgelöst von bisherigen Fertigungsrestriktionen.

2. Prozessführung und -simulation
Der Bereich Fertigungs- und Werkstofftechnik beschäftigt sich nicht nur mit einzelnen Prozessen sondern auch mit dem systematischen Aufbau von Prozessketten und mit der Funktionsintegration mehrerer Fertigungsverfahren in eine Maschine. Im Rahmen des Graduiertenkollegs 1483 werden Prozessketten „vom Halbzeug zum Bauteil“ experimentell und simulationsgestützt betrachtet. Die Bewertung und Optimierung von Bauteilzuständen in aufeinanderfolgenden Fertigungsprozessen hinsichtlich der Energieeffizienz stehen des Weiteren im Mittelpunkt der Betrachtung. In diesem Bereich bieten wir Dienstleistungen zur Erstellung, Analyse und Optimierung von Prozessketten sowie der energetischen Optimierung von Fertigungsprozessen an. Durch diese Betrachtungen lassen sich oftmals erhebliche Einsparpotentiale aufzeigen und die Wirtschaftlichkeit der Fertigung optimieren.
Eine Erweiterung des Prozessverständnisses wird mittels Simulationen ermöglicht. Hierbei unterstützen wir Sie bei der Untersuchung unterschiedlichster Effekte der Fertigungsprozesse, wie z.B. die Spanbildung, der Verschleiß, die Reibung sowie die Gefügeumwandlungen mit Hilfe detaillierter Teilmodelle. Dies ermöglicht es beispielsweise den Versuchsaufwand zu reduzieren und experimentell nicht zugängliche Erkenntnisse zu gewinnen. Außerdem ermöglicht uns die Simulation von Prozessen eine effiziente Auslegung von Bearbeitungsstrategien sowie die Abbildung gesamter Prozessketten.
Zur Optimierung der Prozessführung werden sowohl In-Prozess-Kontrollen verwendet, als auch Prognosen der Bauteileigenschaften und Eigenspannungszustände aufgestellt, um anschließend Prozessparameter zu optimieren. So sind Bewertungen der Bauteilzustände sowie Spannungs- und Verzugsanalysen möglich und Rückwirkungen des Prozesses und der Maschine auf das Bearbeitungsergebnis können bewertet werden. Diese werden durch experimentelle und simulative Untersuchungen gestützt.
 

Surface Engineering

Unter Surface Engineering ist die gezielte Einstellung von Bauteileigenschaften in der Randzone zu verstehen. Mit einer abgestimmten Prozessführung sollen diese Randzoneneigenschaften schon bei der Bearbeitung erreicht werden.

1. Bauteilrandzonen
Bei den meisten Fertigungsprozessen werden besonders die Charakteristika der Bauteilrandzonen wie Topografie, chemische Zusammensetzung, Kristallstruktur, Eigenspannungs- und Verfestigungszustände beeinflusst. Durch geeignete Messtechnik und dank detaillierter Simulationen sind wir in der Lage, die genannten Charakteristika festzustellen oder oftmals vorherzusagen. Gerne unterstützen wir Sie bei entsprechenden Fragestellungen.

2. Bauteilverhalten
Die Zustände der Bauteilrandzone haben einen großen Einfluss auf die Bauteileigenschaften bei bspw. schwingender oder tribologischer Beanspruchung. Durch hervorragende Kooperationen mit weiteren KIT-Instituten sind wir in der Lage, die unterschiedlichsten Anforderungen hinsichtlich dem Bauteilverhalten zu betrachten. Das akustische Verhalten der Bauteile und Anlagen gehört ebenfalls zum Gegenstand der Untersuchungen am Institut. Sämtliche Untersuchungen können durch simulative Betrachtungen gestützt werden. Wenn Sie Probleme mit bestehenden Bauteilen haben oder Verbesserungen durch eine gezielte Einstellung der Oberflächeneigenschaften herbeiführen möchten, stehen wir Ihnen gerne beratend zur Seite und unterstützen Sie mit unserem Knowhow bei der Realisierung Ihrer Bauteilanforderungen.

 

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Frederik Zanger