Integrierte Komponentenüberwachung von hochbelasteten hybriden porösen Komponenten

Ziel des Sonderforschungsbereichs TRR 375 ist die Etablierung und die grundlegende Untersuchung multifunktionaler Hochleistungskomponenten aus additiv gefertigten, hybriden, porösen Metallwerkstoffen mit lokal gradierten Eigenschaften (HyPo). Damit sollen Gewicht, Leistung und Ressourceneffizienz gesteigert werden. Die praktische Hürde dabei ist, dass sich Lebensdauer und Sicherheit nur schwer vorhersagen lassen, da der Einfluss von Eigenspannungen und Randzoneneigenschaften auf die Ermüdung bei HyPo-Komponenten kaum verstanden ist. Verfügbare Überwachung findet meist offline oder oberflächennah satt, und es fehlen Zustandsdaten über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Zudem fehlt die Verknüpfung von Betriebsbelastungen und Spannungsrelaxation. In den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Energie, Automobil sowie Werkzeug- und Maschinenbau resultiert daraus ein hoher Qualifizierungsaufwand, Stillstände und Risiken. Benötigt werden integriertes, robustes Messen und Auswerten für Qualitätssicherung, Predictive Maintenance durch Kenntnis der Eigenspannungsrelaxation.

Zielsetzung

Das Ziel von Teilprojekt A04 ist die Verfügbarkeit einer intelligenten, lebenszyklusweiten Zustandsüberwachung hochbelasteter HyPo‑Komponenten. Auf Basis polymerfreier, metallfolienbasierter Dehn‑ und Temperatursensoren (Projektpartner IMPT) sowie Machine Learning soll die verbleibende Lebensdauer vorhergesagt werden. Dazu werden bei gradierten/porösen, materialkombinierten HyPo-Komponenten die bislang unbekannten Zusammenhänge zwischen Eigenspannungen/Randzoneneigenschaften per XRD sowie die Ermüdung erfasst und für inverse Modelle der Spannungsrelaxation unter Langzeitlast genutzt. Der Nutzen liegt in einer Etablierung der HyPo-Komponenten durch eine höhere Zuverlässigkeit, vorausschauende Wartung sowie Funktionalisierung und Leichtbau.

Vorteile

• Kenntnis der Randzoneneigenschaften – Vorteilhafte Druckeigenspannungen, Härte und Oberflächenrauheit bei gradierten Hybriden Bauteilen
• Lebensdauersteigerung – Randzoneneigenschaften die dem Versagen entgegenwirken

Vorgehen

Das Vorhaben ist im SFB/TRR 375 der RPTU Kaiserslautern und der Leibniz Universität Hannover verankert. Das IFW und das IMPT arbeiten eng zusammen. Dabei werden am IFW die XRD-gestützte Verfahren zur Erfassung und Modellierung von Eigenspannungen in gradierten HyPo-Bauteilen entwickelt, während am IMPT polymerfreie, metallfolienbasierte Dehn-/Temperatursensorik entworfen und sie mit minimaler Bauteilbeeinflussung integriert wird. In der ersten Phase liegt der Fokus auf dem additiven L-DED-Verfahren mit In-situ-Erfassung, darauf aufbauend folgen ML-Prognosen und der Transfer auf weitere additive Prozesse.

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Kontaktieren Sie Patricia Weßel per E-Mail an wessel@ifw.uni-hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 18295.