Eine Brücke schlagen

Wie versprochen, geht es heute um die Frage, wie gewährleistet wird, dass Mikro- und Makroproben gleich aufgebaut sind. Also um eben diesen Brückenschlag, den der Projektbereich Skalierung und Prozesse zum Rest des SFBs schlagen soll.

Eine besondere Rolle dabei spielt das Teilprojekt S03 Thermomanagement (Projektbearbeitende: Annika Westphal und Yao Dandan). Zwischen diesem und den ersten beiden Projekten, vor allem aber S01 wurde eine Art Wechselspiel definiert. Denn gerade beim Sprühkompaktieren muss man beobachten, wie das Material auf dem Substrat erkaltet und erstarrt. Wie das alles mit den anderen Projekten im SFB zusammenhängt, ist eigentlich ganz einfach: Bei der Wärmebehandlung der Mikroproben soll versucht werden, diese so zu gestalten, dass die Mikroprobe etwas Ähnliches erfährt, wie ein etwa genauso großer Abschnitt – also Volumen – der durch Sprühkompaktierung entstehenden Makroprobe. Das Teilprojekt untersucht dabei mit Hilfe von Wärmebehandlungen, aber auch thermischen Modellen und Simulationen, wie sich die Mikro- und Makroproben verhalten und wie sich die verschiedenen Stellhebel auf diese auswirken. So sollen Kriterien abgeleitet werden, die auf beide Probenarten zutreffen. Obwohl man schon relativ gut solche Kriterien oder Kennwerte für Mikro- und Makroproben ermitteln kann, ist es bisher noch nicht gelungen zwischen den beiden die Brücke zu schlagen. Man kann zwar schon Tendenzen angeben, also beispielsweise, wenn die Makroprobe sehr dehnbar ist, ist dies auch bei der entsprechenden Mikroprobe der Fall, jedoch beide Größen noch nicht in ein Verhältnis setzten. Das ist noch Teil der Forschung.

 Simulationsbild eines von oben auf eine Platte auftreffenden Flüssigkeitsstrahls mit eingezeichneter Temperaturverteilung bei Kühlung der Platte
Simulationsbild eines von oben auf eine Platte auftreffenden Flüssigkeitsstrahls mit eingezeichneter Temperaturverteilung bei Kühlung der Platte

Im letzten Teilprojekt S04 Zerspanbarkeitsanalyse untersucht Arne Beinhauer, wie sich das Material mechanisch verhält und zwar bei einem Zerspanprozess: Mithilfe eines scharfen Werkzeugs werden an einem Werkstoffvolumen kleine Späne abgetragen, indem es immer wieder auf die Probe eingreift. Die Späne fliegen dann einfach weg und auf diese Art kann man die Probengeometrie beeinflussen, also das Material an bestimmten Stellen abtragen.

Werkstoff und Werkzeug im Abtrageprozess
Werkstoff und Werkzeug im Abtrageprozess

Bei diesem Vorgang entstehen wiederum Kräfte und nicht-hörbare Schwingungen, die man jedoch durch Ultraschall sichtbar machen kann. Der Fachbegriff für diese Schwingungen lautet „Körperschall“. Die Kennwerte, die dort messbar werden, sind dann Charakteristika für das mechanische Verhalten eines Materials. So kann man sagen, ob es zum Beispiel duktil ist, also gut dehnbar oder wie widerstandsfähig es ist. Wie auch in S03, werden in diesem Teilprojekt Makro- und Mikroproben untersucht, um festzustellen unter welchen Bedingungen des Zerspanens Ähnlichkeiten zwischen den beiden Probenarten auftreten. Auch hier ist es bislang erst gelungen Tendenzen anzugeben. Die Forscherinnen und Forscher im SFB wollen sich jedoch in den nächsten Jahren vermehrt der Frage widmen, wie man nun aus der Mikro- für die Makrowelt lernen kann.

Die schönen "Reste" von verschiedenen, zerspanten metallischen Werkstücken
Die schönen „Reste“ von verschiedenen, zerspanten metallischen Werkstücken

Der Projektbereich S ist somit ein wenig losgelöst vom Rest des SFBs, jedoch ist das erstmal nicht so schlimm, da man sich zunächst auf die Entwicklung des Hochdurchsatzverfahrens konzentrieren muss, da dieses den Forschungsschwerpunkt darstellt. Und ein Hochdurchsatzverfahren klappt nun mal nur mit Mikroproben, da man sie schneller herstellen und untersuchen kann. Und irgendwo muss man ja anfangen, oder?

Bildquellen

  • Simulationsbild eines von oben auf eine Platte auftreffenden Flüssigkeitsstrahls mit eingezeichneter Temperaturverteilung bei Kühlung der Platte: Leibniz-IWT / Stephen Waldeck
  • Werkstoff und Werkzeug im Abtrageprozess: SFB 1232 / Juliana Walther
  • Die schönen „Reste“ von verschiednen, zerspanten metallischen Werkstücken: SFB 1232 / Arne Beinhauer
  • Arne Beinhauer an der CNC-Drehmaschine: SFB 1232 / Juliana Walther

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