Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Laserstrahlauftragschweißen - Einfluss von Schutzgasgemischen auf die Bauteilqualität
    ( 2023-09)
    Kampffmeyer, Dirk
    ;
    Wolters, Michael
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    Raute, Julius
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    Müller, Vinzenz
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    Biegler, Max
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    Rethmeier, Michael
    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.
  • Publication
    Plasma-Laser-Auftragschweißen als hybrides Beschichtungsverfahren
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    Brunner-Schwer, Christian
    Bauteile sind in einer Vielzahl von Industriezweigen korrosiven, abrasiven oder thermischen Belastungen ausgesetzt. Um mit diesen Belastungen umzugehen, sind kostenintensive Werkstoffe notwendig. Alternativ besteht durch Beschichtungen die Möglichkeit, Bauteiloberflächen an ausgewählten Stellen vor den Belastungen zu schützen. Zur Exploration möglicher Effizienzsteigerungen und Verbesserung der Umwelteinwirkungen werden kontinuierlich Auftragschweißprozesse für das Panzern, Plattieren oder Puffern von Bauteilen weiterentwickelt. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Arbeit eine neuartige Kombination aus Plasmalichtbogen und Laserstrahlung zu einem hybriden Auftragschweißprozess untersucht. Neben der Analyse der technischen Leistungsfähigkeit des hybriden Auftragschweißprozesses erfolgt eine ökologische Betrachtung anhand einer vergleichenden Ökobilanzierung sowie einer Wirtschaftlichkeitsanalyse anhand einer Kostenvergleichsrechnung.