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Aktuelles

Grundlagenforschung in der Masterarbeit

Ganz dicht dran an den Forschungsthemen des SFB "Farbige Zustände" ist die mit 1,0 bestandene Masterarbeit von Malin Kähnlein. Sie hat sich auf die Suche nach einer Alternative zu den bisherigen Verfahren der Legierungsfindung für die Additive Fertigung gemacht.

Nach ihrem Bachelorstudium im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen hat sich Malin Kähnlein entschlossen, den Master im Studiengang Produktionstechnik-Verfahrenstechnik drauf zu setzen. Sie mag Vielseitigkeit, und bezieht den Begriff nicht nur auf ihr Studium, sondern beschreibt damit auch die Legierung, mit der sie sich in ihrer Masterarbeit beschäftigt hat: "Vergleichende Analyse der thermischen Prozessfenster verschiedener Schnellerstarrungsverfahren am Beispiel einer Aluminium-Kupfer-Legierung", lautet der Titel ihrer Arbeit.

Die Erstarrung einer Metallschmelze prägt die Gefügeeigenschaften des später entstehenden Werkstoffes. Durch die Anwendung von Schnellerstarrungsverfahren können heutzutage ultrafeine Gefügestrukturen erzeugt werden. "Je schneller die Abkühlung, desto feiner ist das Gefüge", erklärt Malin im Gespräch.  Bekannte Beispiele sind dabei die Herstellung von Metallpulvern und –partikeln durch Zerstäubungsprozesse bzw. Einzeltropfengeneratoren. Da Malin Kähnlein im Verlauf ihres Studiums eine Vorlesung bei Nils Ellendt belegt hatte, wusste sie, dass es im Teilprojekt U01 genau so einen Einzeltropfengenerator gibt. Hier hat sie einen Teil ihrer Versuche dann auch durchgeführt und ihre AlCu-Tropfen durch einen gezielten Tropfenaufprall abgekühlt. Hierfür hat sie kurze Fallstrecken gewählt, damit die Tropfen mit nur geringer Geschwindigkeit auf eine Kupferplatte aufprallen und sich dabei etwa die Form einer Halbkugel einstellt. Dieser Aufprallmodus ist neu gegenüber dem „Splat quenching“, bei dem der Tropfen teilweise zerspritzt und nach dem Aufprall eine sehr flache, unregelmäßige und gezackte Form aufweist.

Ein weiteres Schnellerstarrungsverfahren zur Herstellung von endformnahen Bauteilen bietet die additive Fertigung mittels SLM (selektives Laserschmelzen). Die Findung und Optimierung neuer Legierungen für dieses Verfahren ist zum heutigen Stand der Technik jedoch besonders aufwändig, da das komplexe Zusammenspiel zwischen Pulvereigenschaften, Legierung und Prozessführung zu berücksichtigen ist. Hier hat Malin sowohl konventionell hergestellte Partikel aus einem Zerstäubungsprozess und etwa zehnmal größere Partikel aus einem Einzeltropfengenerator in Anlehnung an den SLM-Prozess mithilfe eines Lasers auf einem Substrat aufgeschmolzen, erstarrt und die resultierenden Mikrostrukturen verglichen. Hier hat sie Prozessfenster ermittelt, um an den deutlich einfacher herstellbaren Partikeln aus dem Einzeltropfenprozess Verarbeitbarkeitseigenschaften zu ermitteln, die sich auf das Pulver übertragen lassen.

Ein Teil ihrer Ergebnisse kann nun in die Forschung zur Entwicklung eines neuen Hochdurchsatzverfahrens zur Evaluierung neuer Legierungen für die Additive Fertigung einfließen. Mit dieser Arbeit konnte für eine Legierung erste Schritte in diese Richtung unternommen werden. Die Publikation der Arbeit in einem peer-reviewten Journal ist bereits in Planung, was Malin zu Recht ein wenig stolz macht.

 

Malin Kähnlein
Aktualisiert von: Claudia Sobich