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Pulverbasierte additive Fertigungsverfahren von Metallen erlauben durch neue Freiheitsgrade eine Vielzahl von innovativen Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere Funktionsintegration und Topologieoptimierungen lassen sich in Strukturen realisieren, die mit konventionellen Fertigungstechnologien nicht oder nur mit großem Aufwand hergestellt werden können. Gleichwohl beschränkt sich das potenzielle Werkstoffportfolio auf wenige Pulverwerkstoffe der Anlagenhersteller, welche nur einen kleinen Ausschnitt der vielfältigen Möglichkeiten zur Werkstoffeinstellung bieten. Dementsprechend stellt die Werkstoffauswahl in vielen Fällen nur einen Kompromiss für den jeweiligen spezifischen Anwendungsfall dar. Dabei bieten Pulverwerkstoffe deutliche Vorteile hinsichtlich der gezielten Einstellbarkeit der Zusammensetzung zur Erreichung definierter Eigenschaftsprofile. Im Rahmen des EFRE geförderten niedersächsischen Innovationsprojektes wGROTESK (Werkstoffentwicklung zur generativen Fertigung von optischen, thermalen und strukturellen Komponenten) wird die Auswahl und gezielte Einstellung eines anwendungsspezifischen Werkstoffes gekoppelt mit der prozesstechnischen Verarbeitung in einem LMD-Prozess betrachtet. Für die generative Fertigung von Werkstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit, niedrigem Schmelzpunkt und niedriger Wärmeausdehnung zum additiven Einfassen von Nd:YAG-Kristallen wurde der Transfer von Kupfer-Molybdän-Verbundwerkstoffen in den additiven Fertigungsprozess durchgeführt. Die Legierungsentwicklung bietet dabei den Ansatz zur Definition einer kupferbasierten Pseudolegierung zur Einbindung in einen industriellen Laserprozess. Durch die Kombination von Kupfer und Molybdän kann über einen großen Temperaturbereich ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient erreicht werden. Die geeignete Adaption des Kupferbasiswerkstoffes erlaubt darüber hinaus weitreichende Möglichkeiten zur Einstellung der Werkstoffeigenschaften sowohl über den Matrixwerkstoff der Pseudolegierung als auch über die Anbindung und Benetzung der eingebundenen Molybdänpartikel.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Generative Fertigung optischer, thermaler und struktureller (OTS)-Komponenten“ (GROTESK) werden neuartige Multimaterial-Werkstoffe und deren Verbindungen mit Laserkomponenten entwickelt. Für die additive Verarbeitung dieser Materialien eignet sich das Laserauftragschweißen besonders, da bei diesem Verfahren auf Freiformoberflächen Material aufgeschweißt werden kann. Vorangegangene Untersuchungen zeigen, dass durch den Einsatz von pulverförmigen Werkstoffen verschiedener Zusammensetzung die Eigenschaften des Materialauftrags gezielt einstellbar sind. Eine Herausforderung stellt dabei jedoch die Verarbeitung der dafür entwickelten kupferbasierten Spezialwerkstoffe dar, sodass Imperfektionen im generierten Bauteil auftreten können. Konventionelle Schmelzbadtemperaturregler stoßen hier aufgrund der Materialzusammensetzung des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs an ihre Grenzen. Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt den Einsatz einer intelligenten Prozessüberwachung und -regelung für Spezialwerkstoffe. Die Verarbeitung dieser Werkstoffe ist mit konventioneller, pyrometrischer Prozessregelung aufgrund der stark variierenden Emissivitäten nicht möglich. Es wird gezeigt, wie Schmelzbäder mittels künstlicher neuronaler Netze klassifiziert und anschließend durch Bildverarbeitung Merkmale extrahiert werden können. Die so ermittelte Schmelzbadoberfläche bildet die Eingangsgröße für eine nachgeschaltete Prozessregelung. Die Verarbeitung der Spezialwerkstoffe im Regelkreis mit Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit oder Pulverzufuhr zielt auf die Qualitätssteigerung der Multimaterial-Verbindungen ab.

Mit den zunehmenden Anforderungen an die Festigkeit, Steifigkeit sowie an die Crash-sicherheit bei automobilen Stahlkarosserien sind zusätzliche Klebstoffapplikationen zwischen den einzelnen Blechebenen heute ein gängiges Verfahren. Diese Klebstoffe weisen auch bei niedrigen Temperaturen und hohen Umformgeschwindigkeiten ein zäh-hartes Werkstoffverhalten auf. Durch dessen Anwendung und der daraus folgenden Ausweitung der Leistungsfähigkeit moderner Karosserien, können Querschnitte von profilierten Blechplatinen oder Tailored-Blanks geringer bemessen werden. In Folge dessen entsteht ein großes Potential in den Bereichen von Insassensicherheit, Gewichts-optimierung und Kraftstoffeffizienz. Den mehrheitlich vorherrschenden positiven Aspekten von verklebten Blechdicken-kombinationen stehen einige Herausforderungen gegenüber. Der maßgeblich erhöhte Kontaktwiderstand zwischen den einzelnen Fügepartnern verändert das bisher be-herrschbare Prozessverhalten des Widerstandspunktschweißens. Aufgrund der Verän-derungen kommt es zur vermehrten Bildung von Schweißspritzern und somit zu einer Verringerung des stabilen Prozessbereichs. Aufgrund der notwendigen Elektrodenvor-haltezeit tritt bei den applizierten Klebstoffschichten ein ausgeprägter Verdrängungsef-fekt auf. Dieser Effekt besitzt eine starke Zeitabhängigkeit und wird weiterhin von den jeweiligen Materialkombinationen (Blechdicke, Verformungswiderstand) und den Pro-zessgrößen (Elektrodengeometrie, Elektrodenkraft, Vorhaltezeit) maßgeblich beein-flusst. Auf Grundlage von gängigen Prozessgrößen sollen das Zeitverhalten und der Einfluss der applizierten Klebstoffschichten auf das Prozessverhalten untersucht werden. Hierzu werden Untersuchungen an drei Materialkombinationen mit unterschiedlichen mecha-nischen und elektrischen Eigenschaften vorgenommen. Durch dieses Vorgehen werden Abweichungen sowie Veränderungen an den jeweiligen stabilen Prozessbereichen auf-gezeigt. Die Beobachtungen werden weiterhin durch ein integriertes dynamisches Mess-verfahren zur Erfassung relevanter elektrischer Kenngrößen während des Fügeprozesses beschrieben.