Das Labor für Metallische Materialien beschäftigt sich mit der Entwicklung moderner Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse. Dabei fokussieren wir uns auf innovative Schweissverfahren zum Fügen metallischer Werkstoffe und modernste Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Prozesse für das Additive Manufacturing. Die Bandbreite der Werkstoffe reicht von Stählen über Aluminium-, Kupfer und Titanlegierungen bis zu Nickelbasis-Superlegierungen.

Unser Team aus Werkstoff- und Maschinenbauingenieuren hat jahrzehntelange Erfahrung in der Zusammenarbeit mit Industriepartnern aus Konzernen, KMUs und Start-Ups und kennt deren Bedürfnisse für praxisrelevante Entwicklungen.

Die Weiterentwicklung industrieller Schweissverfahren umfasst das Elektronen- und Laserstrahlschweissen, das Widerstands- und Reibschweissen. Neben der Prozessanalyse und -qualifikation steht aktuell das Prozessmonitoring im Vordergrund. Dabei werden Verfahren entwickelt, die die Beurteilung der Schweissprozesse in Echtzeit erlauben. Aufgrund der Komplexität der Daten kommen KI-gestützte Algorithmen zur Datenanalyse und -verarbeitung zur Anwendung.

Im Fokus des Additive Manufacturing von Bauteilen stehen die Werkstoff- und Prozessentwicklungen mit folgenden Schwerpunkten: 

• «Printability» neuer Legierungen mittels Laser Beam Shaping
• Pulvermanagement durch Einstellen optimaler Pulverfraktionen und Entwicklung geeigneter Strategien für das Pulver-Recycling
• Prozessoptimierung durch Online-Monitoring mittels Thermographie, Pyrometrie, High-Speed-Kamera und Acoustic Emission

Dazu steht eine sehr flexible LPBF-Anlage mit offener Systemarchitektur, modularem Aufbau, zwei Lasern (500W, 1200W) und mehreren Probenkammern für unterschiedliche Werkstoffe zur Verfügung.

Die Arbeitsgruppe verfügt über eine exzellente experimentelle Ausstattung zur Herstellung, Bearbeitung und Untersuchung von Materialproben bis hin zu Bauteilkomponenten. Für die Analyse  der Werkstoffmikrostruktur und der Werkstoffeigenschaften steht eine breite Palette modernster Verfahren zur Verfügung.

Werkstoffanalytik:

• vollständig ausgestattete Metallographie mit allen Präparationsmethoden
• Licht- und Rasterelektronenmikroskopie  REM (inkl. EDS), auch korreliert
• Röntgenfluoreszenzanalyse XRF

Mechanische Eigenschaften:

• Zyklisches Verformungsverhalten von metallischen Werkstoffen
• LCF, HCF, TMF und betriebsnahe mechanische Prüfverfahren bis 1100 °C
• Experimentelle Validierung von Bauteilauslegungstools
• Werkstoffmodelle für FEM
• Eigenspannungsmessungen mittels Bohrlochmethode

Oberflächencharakterisierung:

• 3D-Mikroskop (interferometrisch, konfokal)
• tribologische Untersuchungen mittels oszillierendem Tribometer (bis 900°C)

Pulver- und Prozessanalytik (Schwerpunkt Additive Manufacturing von Metallen):

• Partikelgrössen und -verteilungen:
• dynamische digitale Bildanalyse
• dynamische Laserbeugung
• Stukturanalyse mit Röntgenbeugung XRD
• chemische Zusammensetzung mit EDS (REM)
• Pulvermorphologie (REM)

Wir arbeiten überwiegend mit Industriefirmen aus der Luftfahrt, Kraftwerkstechnik, Automobilbranche sowie dem Maschinen- und Anlagenbau zusammen. Beispiele unserer bisherigen Entwicklungsarbeiten im Rahmen mehrjähriger Kooperationen sind:

Luftfahrt:

• Entwicklung von Reparaturverfahren für Flugtriebwerkbauteile (Brennkammer und Turbine) aus Nickelbasis-Legierungen mittels Laser- und Elektronenstrahlschweissen 

Automobilindustrie:

• Ultraschallmetallschweissen für Cu- und Al-Werkstoffe in der E-Mobilität: Entwicklung von Prozessmonitorings und Optimierung der Schweissprozesszone zur Erreichung der Gross-Serienreife

Maschinen- und Anlagenbau:

• Entwicklung von Nanopartikel-basierende Slurry zum Hochgeschwindigkeitspolieren
• Tribologische Optimierung von Ringläufer und Spinnring für das Hochgeschwindigkeits-Ringspinnen und Zwirnen
• Entwicklung eines neuen Verfahrens für das Rollnahtschweissen von Verpackungsblechen