Adaptive Processing

Additive Fertigungsprozesse sind durch hochdynamische und stark gekoppelte thermische, fluiddynamische und metallurgische Vorgänge geprägt. Änderungen in Bauteilgeometrie, lokalen Wärmeleitungsbedingungen, Materialzustand oder Umgebungsbedingungen beeinflussen die jeweiligen Prozesszustände kontinuierlich und können Instabilitäten, Defektbildung oder unerwünschte Eigenschaftsänderungen verursachen. Konventionelle Fertigungsstrategien basieren dabei häufig auf statischen Parametersätzen, die anhand von einfachen Testkörpern entwickelt werden und oft nicht auf komplexere Fertigungsaufgaben übertragbar sind.

Im Schwerpunkt Adaptive Processing entwickeln wir zustandsbasierte Prozessstrategien, mit denen Fertigungsprozesse während der Bearbeitung kontinuierlich analysiert und gezielt beeinflusst werden. Grundlage hierfür sind Echtzeitinformationen aus dem Prozessmonitoring sowie physikalisch fundierte Modelle zur Beschreibung von Prozesszuständen. Ziel ist es, Prozessparameter dynamisch an aktuelle Zustände und lokale Anforderungen anzupassen, anstatt mit global konstanten, vordefinierten Einstellungen zu arbeiten.

Ein besonderer Fokus liegt auf dem Laser Powder Bed Fusion of Metals (PBF-LB/M). Hier untersuchen wir Strategien zur Stabilisierung thermischer Zustände, zur gezielten Beeinflussung von Schmelzbadeigenschaften und Temperaturfeldern sowie zur lokalen Anpassung von Mikrostruktur und Materialeigenschaften. Prozessgrößen wie Laserleistung, Spotgröße, Intensitätsverteilung oder Bahnplanung werden dabei gezielt dynamisch variiert, um kritische Zustände frühzeitig zu kompensieren und reproduzierbare Prozessbedingungen aufrechtzuerhalten.

Die adaptive Prozessführung eröffnet Möglichkeiten, die über die reine Fehlervermeidung hinausgehen. Durch die lokale und zeitabhängige Anpassung von Prozesszuständen können Materialeigenschaften gezielt eingestellt und funktionale Gradienten innerhalb eines Bauteils erzeugt werden. Perspektivisch entstehen so Fertigungsprozesse, die nicht nur auf Instabilitäten reagieren, sondern ihre Prozessführung eigenständig an wechselnde Anforderungen anpassen.

Unsere Forschung verbindet hierfür Echtzeitmesstechnik, modellbasierte Regelung, datengetriebene Zustandsbewertung und industrielle Fertigungssysteme zu integrierten adaptiven Prozessplattformen. Ziel ist die Entwicklung robuster und skalierbarer Fertigungstechnologien, die auch unter komplexen industriellen Randbedingungen stabile und reproduzierbare Ergebnisse ermöglichen.