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Plate-Diffusion-Brazing

Plate-Diffusion-Brazing (PDB) ist ein neues Verfahren in der Generativen Fertigung, das sich noch in die Entwicklung befindet.  Dünne Stahlbleche werden dünn mit Alluminium-Silizium beschichtet und so zurechtgeschnitten, dass sich beim stapeln der Bleche eine komplexe Innengeometrie ergibt. Das Blechpaket wird zwischen zwei Heizplatten gelegt, durch die Kontaktwärmebehandlung beginnt die Beschichtung in die Bleche zu diffundieren und es kommt zu einer Verbindung (Abbildung 1). Auf diese Weise können auf relativ einfache Art und Weise Bauteile mit Komplexer Innengeometrie gerfertigt werden.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des PDB-Verfahrens

 

Aktuell ist das PDB-Verfahren Thema eines Projektes, welches sich mit der Herstellung von Werkzeugen für das Spritzguss-Verfahren beschäftigt. Die Vorteile des PDB-Verfahren gegenüber dem Konventionellen und dem LaserCusing-Verfahren liegen hierbei auf der Hand. Es ermöglicht komplexere Innengeometrien als beim konventionellen Verfahren und ist wesentlich Wirtschaftlicher als das LaserCusing-Verfahren.

Die Forschungsarbeiten von ISEMP konzentrieren sich hierbei auf die numerische Abbildung des Prozesses. Es wurden Kalibrierversuche durchgeführt, durch deren Abbildung die Optimalen Prozessparameter wie Aufheizstrategie, Haltedauern bei bestimmten Temperaturen und Prozessdauer zu bestimmen. Die Versuche haben gezeigt, dass es zwischen den einzelnen Blechen einen Wärmekontaktwiderstand gibt, der mit fortschreitendem Prozess verschwindet. Desweiteren wurde ein Materialmodell entwickelt, das die effektiven Eigenschaften des Blechpakets abbildet. Diese Eigenschaften sind nötig um die numerischen Abbildungen von sehr Komplexen Strukturen mit angemessen Zeitaufwand zu generieren. In Abbildung 2 ist die, anhand des Experiments kalibrierte, Simulation einer Simulation mit den effektiven Eigenschaften gegenübergestellt. Im oberen Teil sieht man das Temperaturfeld in der Heizplatte und im Blechtpaket, im unteren Teil sieht man die Temperaturentwicklung in einem Schnitt von oben nach unten von der Heizplatte und dem Blechpaket


Originale Materialeigenschaften

Homogenisierte Materialeigenschaften

                                                 y                                

                                                 y                           

Abbildung 2: Oben: Darstellung des Temperaturfeldes in der Heizplatte und im Blechpaket ( 2-Dimensionaler Schnitt des experimentellen Aufbaus). Unten: Darstellung des Temperaturverlaufs entlang der schwarzen Markierung.

 

Ein weitere Punkt ist die Simulation der Temperaturverteilung beim Aufheizen des tatsächlichen Werkzeugs und die Berechnung der Verformungen. In Abbildung 3 ist die Temperaturverteilung im Werkzeug nach einer Aufheizdauer von 300 Sekunden dargestellt


Abbildung 3: Temperaturverteilung im Werkzeug nach einer Aufheizdauer von 300 Sekunden.