Kurzbeschreibung

Die Anwendbarkeit und Effizienz kaltgasspritz-basierter additiver Fertigungsverfahren hängt entscheidend von den erreichten Geschwindigkeiten und Temperaturen der Partikel beim Aufprall ab, da diese die Hauptfaktoren für eine erfolgreiche Abscheidung auf der sich bildenden Materialschicht des Bauteils sind. Daher definieren sie das gewünschte Prozessfenster für das gesamte Regelungssystem. Hierbei bestehen zwei große Herausforderungen. Die erste besteht darin, dass die erreichten Partikelgeschwindigkeiten und -temperaturen beim Aufprall stark von den möglicherweise variierenden Partikelrohstoffen und anderen unvorhergesehenen Variationen/Störungen in der Prozesskette abhängen. Die zweite Herausforderung besteht darin, dass das oben erwähnte gewünschte Prozessfenster mit dem Rohmaterial variiert. Zur Lösung des ersten Problems werden modellbasierte Regelungskonzepte untersucht. Der zweiten Herausforderung wird durch die Entwicklung eines auf Echtzeitoptimierung basierenden überlagerten Reglers begegnet, der eine Anpassung des gewünschten Prozessfensters während des regulären Prozessbetriebs ermöglicht. Das vorgesehene hierarchische Steuerungsschema zielt auf eine autonome, auf kaltgasspritzen-basierende additive Fertigung ab, die robust gegenüber Schwankungen des gegebenen Partikelmaterials (chemische Zusammensetzung, Wärmeleitfähigkeit, Größen- und Formverteilung) ist. Eine experimentelle Validierung der untersuchten Konzepte wird unter Verwendung von Hochgeschwindigkeits- Particle Image Velocimetry, Temperaturfeldmessungen und anhand der Analyse neu erstellter Materialschichten durchgeführt.