Charakterisierung und Optimierung additiv gefertigter Cu-Induktoren für komplexe Bauteile

M.Sc. James Damon

Motivation

Das Induktionshärten bietet das Potential an komplexen Bauteilen lokale Härtesteigerungen und dadurch Lebensdauerverbesserungen zu erzielen. Ein großer Kostentreiber bei der Entwicklung neuer Induktionshärteprozesse ist dabei die Induktorentwicklung. Die Induktoren sind üblicherweise aus einer Cu-Legierung, die hohe Anforderungen an die Prozessführung der additive Fertigung stellt. Dabei bietet die additive Fertigung das Potential, neuartige Induktoren-Designs zu ermöglichen und dadurch die Performance und Entwicklungszeit enorm zu verbessern. Eine Basis soll dazu eine Optimierungssimulation bieten, die, unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen der additiven Fertigung, eine bauteilgerechte Spulengeometrie erzeugt.

Ziele

• Entwicklung und Verifikation eines Multiphysikalischen Simulationsmodells zur Abbildung der eingebrachten elektromagnetischen Leistung
• Charakterisierung von neuartig druckbaren Kupferlegierungen zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit und möglicher Einschränkungen bei der Spulenherstellung. Mittels Charakterisierung wird die lokale Mikrostruktur erfasst und die Auswirkungen auf die elektrothermischen Fähigkeiten in den Induktoren abgeleitet.

Untersuchungen

• Erstellung eines Optimierungsansatzes für das multiphysikalische Simulationsmodells zur Bestimmung optimaler Induktorgeometrien und Vorhersage der Einhärtewirkung in komplex geformten Bauteilen.
• Metallographische Mikrostrukturanalyse (Schliffbilder, Porositätsanalyse)
• Analyse der lokalen Porosität mittels Computertomographie
• Leitfähigkeitsuntersuchungen an Induktoren und Testkörpern