1 - 10 of 10
-
PublicationWire Electron Beam Additive Manufacturing von niedriglegierten Zinnbronzen – Erreichbare Bauteileigenschaften und Prozessmerkmale( 2023-12-05)Die Additive Fertigung gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Verarbeitung von Kupferwerkstoffen im industriellen Umfeld. Hierbei wird verstärkt auf drahtförmige Ausgangswerkstoffe gesetzt, da diese Vorteile im Handling bieten, bereits aus der Schweißtechnik bekannt sind und sich zumeist durch geringere Beschaffungskosten auszeichnen. In den letzten Jahren entwickelte sich unter den drahtbasierten Verfahren der Directed-Energy-Deposition (DED) eine Prozessvariante unter Nutzung des Elektronenstrahls zur industriellen Marktreife. Dabei zeigt die Technologie Wire Electron Beam Additive Manufacturing (DED-EB) besondere Vorteile gegenüber anderen DED-Prozessen für die Anwendung an Kupfer. Um das Verfahren einem breiten Anwenderkreis in der Industrie zugänglich zu machen, fehlen jedoch Daten zu Leistungsfähigkeit, Prozessgrenzen und Anwendungsmöglichkeiten. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dieser Problemstellung am Beispiel der Legierung CuSn1MnSi. Über mehrstufige Testschweißungen werden die physikalisch möglichen Prozessgrenzen ermittelt und Rückschlüsse über die Eignung der Parameter zum additiven Aufbau gezogen. An verschiedenen additiv gefertigten Probekörpern werden anschließend Kennwerte für Aufbaurate, Härte, Mikrostruktur, Oberflächenqualität sowie mechanische Festigkeitswerte ermittelt. Es zeigt sich, dass das die durch DED-EB hergestellten Proben, trotz des groben Gefüges sowie der thermischen Belastung im Aufbauprozess, in ihren Eigenschaften gut mit den Spezifikationen des Ausgangsmaterials übereinstimmen.
-
PublicationLaserstrahlauftragschweißen - Einfluss von Schutzgasgemischen auf die Bauteilqualität( 2023-09)Im Additive Manufacturing Verfahren Directed Energy Deposition (DED) wird bei der Verarbeitung von Werkzeugstahl in der Regel reines Argon als Schutzgas verwendet. Dabei kann die Verwendung von speziellen Schutzgasgemischen, auch bei geringen Anteilen zugemischter Gase, durchaus die Bauteilqualität positiv beeinflussen. In Vorarbeiten der Messer SE & Co. KGaA zeigte ein gewisser Sauerstoffanteil im Schutzgas die Tendenz, den Flankenwinkel von Schweißspuren beim DED zu verbessern. In der vorliegenden Studie wurde daher detailliert untersucht in wie weit unterschiedliche Schutzgasgemische einen Einfluss auf die Qualität sowie die geometrischen Eigenschaften der additiv gefertigten Strukturen des Werkzeugstahls 1.2709 beim Laser-DED ausüben. Es erfolgten zunächst Testschweißungen in Form von Einzelspuren mit unterschiedlichen Gemischen aus dem Basisschutzgas Argon mit geringen Anteilen verschiedener Gase. Dabei wurde der Einfluss der Zusätze auf die Spurgeometrie und Aufbauqualität untersucht. Auf Basis dieser Vorversuche wurde eine Auswahl vielversprechender Gasgemische getroffen und Detailuntersuchungen in Form von Spuren, Flächen und Quadern unter Zugabe verschiedener Mengen an Zusätzen durchgeführt. Zur Bewertung des Einflusses der Schutzgasbeimengungen wurden der Flankenwinkel, die Porosität und das Gefüge der Proben anhand metallografischer Schliffe untersucht. Es zeigte sich, dass eine Zugabe von geringen Anteilen an Zusätzen zunächst zu einer Vergrößerung des Flankenwinkels im Vergleich zu reinem Argon führt. Mit steigendem Anteil der Gase nimmt dieser Winkel jedoch ab. So kann je nach Menge des zugesetzten Gases eine individuelle Benetzung des aufgetragenen Materials an der Oberfläche erreicht werden. Auch die Porosität ließ sich durch Schutzgasgemische beeinflussen und zeigt ein abweichendes Verhalten im Vergleich zu reinem Argon.
-
PublicationAdaptive Reparatur-Prozesskette( 2023-02-11)Das additive Fertigungsverfahren Laser-Powder Directed Energy Depositon (LP-DED), kombiniert mit automatisierten Reverse-Engineering-Ansätzen, bietet die Möglichkeit, Bauteile effizient zu reparieren. Durch intelligente Algorithmen können im sogenannten Scangineering 3D-Scandaten von Bauteilen vorverarbeitet, ausgerichtet und parametrisiert werden. Die erkannten geometrischen Defekte werden zur Errechnung der Werkzeugwege für den additiven Aufbau verwendet und mittels des LP-DED-Prozesses aufgeschweißt und repariert. Dabei kommen vor allem die Vorteile der flexiblen Prozessführung, ein hoher Automatisierungsgrad und gute Reproduzierbarkeit zum Tragen.
-
PublicationUntersuchung zum Elektronenstrahlschweißen von additiv gefertigtem Inconel 939( 2022-12)Hochfeste Nickelbasislegierungen wie Inconel 939 spielen eine wesentliche Rolle im modernen Turbinenbau. Additive Fertigungstechnologien eröffnen hierbei neue Möglichkeiten für die Verarbeitung, jedoch fehlen verlässliche Fügeprozesse für die Absicherung der additiven Prozesskette im Bereich Neuteilfertigung und Instandsetzung. Insbesondere Heißrisse stellen eine große Herausforderung an die Fügetechnik. Die vorliegende Untersuchung befasst sich daher mit dem Verhalten von additiv gefertigten Blechen aus Inconel 939 beim Elektronenstrahlschweißen. Es werden grundlegende Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, Härte und Rissneigung betrachtet und Ansätze für eine Optimierung auf Basis statistischer Versuchsplanung aufgezeigt. Hierbei erfolgt eine Einteilung der Risse nach bestimmten Nahtbereichen. Risse am Nahtkopf können durch die Faktoren Vorschub und Streckenenergie sowie die Härte des Schweißgutes beeinflusst werden. Risse im Bereich der parallelen Nahtflanken stehen hingegen im Zusammenhang mit der Härte der Wärmeinflusszone. Ein abschließender Vergleich der angepassten Parameter mit der Ausgangssituation zeigt, dass durch Anwendung der statistischen Optimierung eine deutliche Reduzierung der Rissneigung erreicht werden kann.
-
PublicationAnalyse und Nutzung von Aluminium-Bronze-Schleifstaub für das Laser-Pulver-Auftragsschweißen( 2022-12)Die additive Fertigung verspricht ein großes Potenzial für den maritimen Sektor. Insbesondere Directed Energy Deposition (DED) Verfahren bieten die Möglichkeit, großvolumige maritime Bauteile wie Propellernaben oder -schaufeln herzustellen. Bei der Nachbearbeitung solcher Bauteile fällt in der Regel eine große Menge an Schleifabfällen an. Ziel des vorgestellten Projekts ist die Entwicklung einer nachhaltigen zirkulären AM-Prozesskette für maritime Komponenten auf Basis von Aluminiumbronze-Schleifresten. Dazu soll das Material wiederaufbereitet und anschließend als Rohmaterial für die Herstellung von Schiffspropellern im Laser-Pulver DED-Verfahren verwendet werden. In der vorliegenden Arbeit werden Schleifabfälle mittels dynamischer Bildanalyse untersucht und mit kommerziellem DED-Pulver verglichen. Anschließend werden Probengeometrien aus Schleifstaub gefertigt und durch metallographische Schliffe und REM/EDX analysiert.
-
PublicationAdditive Fertigung von Funktional Gradierten Materialien für den Verschleißschutz( 2022-11-07)Das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik in Berlin erforscht die Additive Fertigung von Funktional Gradierten Materialien für Verschleiß- und Korrosionsschutzanwendungen. Damit können Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften und verbesserter Lebensdauer vollständig additiv aufgebaut oder auch nachträglich gepanzert werden.
-
PublicationUntersuchung zum Elektronenstrahlschweißen additiv gefertigter Ni-Basis-Bauteile( 2022-10-26)
-
PublicationLaserstrahlschweißen von additiv gefertigten Bauteilen: Einsetzbarkeit bestehender Bewertungsvorschriften( 2021)Bei der additiven Fertigung im Pulverbett ist die Bauteilgröße durch den Bauraum begrenzt. Das Verbindungsschweißen additiv gefertigter Teile bietet eine Möglichkeit diese Größenbegrenzung aufzuheben. Aufgrund des spezifischen Spannungs- und Gefügezustandes im additiv aufgebauten Material ist jedoch unklar, inwiefern bestehende Bewertungsvorschriften des Verbindungsschweißens auch für Schweißnähte an additiven Bauteilen geeignet sind. Dies wird anhand des Laserstrahlschweißens von additiv gefertigten Rohrverbindungen untersucht. Die Schweißnähte werden mittels visueller Prüfung, metallographischer Untersuchungen sowie Computertomographie ausgewertet. Die festgestellten Fehlerarten sind vergleichbar zu konventionellen Bauteilen. Dies ist ein Indikator dafür, dass bestehende Bewertungsvorschriften die möglichen auftretenden Defekte auch für Schweißnähte an additiven Bauteilen abbilden.
-
-
PublicationQualifizierung der Schweißstruktursimulation für die wirtschaftliche Bearbeitung additiver fertigungstechnischer Fragestellungen am Beispiel des Laserpulverauftragschweißens(Forschungsvereinigung Stahlanwendung, 2019)Additive Fertigungsverfahren, speziell das selektive Laserschmelzen sowie das Laserpulverauftragsschweißen, ermöglichen eine enorme Steigerung der Flexibilität und erlauben Kleinserienteile mit hoher Genauigkeit und geringen Kosten herzustellen. Für den erfolgreichen wirtschaftlichen Einsatz dieser neuartigen Fertigungsverfahren spielt die Einhaltung des First-time-right-Prinzips eine entscheidende Rolle: Bauteile sollten bereits im ersten Versuch allen Anforderungen genügen. Aufgrund der jungen Geschichte dieses Fertigungszweigs und der damit einhergehenden fehlenden Erfahrungen und Richtlinien ist diese elementare Forderung heute nur in wenigen Fällen realisierbar. Die geforderten Qualitätsstandards können aktuell nur über experimentelle Iterationsschleifen eingehalten werden, sodass das große Potential einer flexiblen und schnellen Fertigung in erheblichem Maß reduziert wird. Die Komplexität der gefertigten Bauteile und die des Prozesses an sich lassen eine erfahrungsbasierte Vorhersage der Verzüge und Eigenspannungen kaum zu. Zudem werden auch in Zukunft Richtlinien und Normen nicht das komplette Anwendungsspektrum abbilden können. Die eigenspannungsbedingten Verzüge spielen demnach eine bedeutende Rolle und stellen zusammen mit dem Erreichen der Maßhaltigkeit eine entscheidende technologische Herausforderung beim Einsatz additiver Fertigungsverfahren dar. Die numerische Simulation ermöglicht die Vorhersage von Bauteilverzügen und -spannungen und kann durch virtuelle Abprüfung von Herstellstrategien die Anzahl von Experimente reduzieren. Bisherige numerische Betrachtungen von zusatzwerkstoffbasierten Verfahren, zu denen unter anderem das Laserpulverauftragschweißen (LPA) gehört, beschränkten sich primär auf akademische Beispiele mit geringer Komplexität. Für die Simulation von konkreten Anwendungsfällen auf Bauteilebene liegen bisher keine validierten, numerischen Methoden und Ansätze vor, die eine wirtschaftliche Anwendung der Schweißsimulation ermöglichen. Dieses Projekt wird Simulationsmodelle zur numerischen Betrachtung komplexer additiv gefertigter Bauteile entwickeln. Dafür wird der Prozess in vereinfachten Simulationen nachgebildet und anhand von Experimenten validiert. Anschließend werden Methoden zur automatisierten Pfadgenerierung für komplexe Bauteile erprobt und in der Simulation implementiert. Schließlich werden zur Reduktion der Rechenzeit verschiedene Methoden zur Vereinfachung evaluiert und verglichen. Das Ziel ist die Steigerung der Verlässlichkeit in der Simulation, um prädiktive Aussagen über die Qualität additiv gefertigter Bauteile zu ermöglichen.
