Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Heat treatment of SLM-LMD hybrid components

2019 , Uhlmann, Eckart , Düchting, Jan , Petrat, Torsten , Graf, Benjamin , Rethmeier, Michael

Additive manufacturing is no longer just used for the production of prototypes but already found its way into the industrial production. However, the fabrication of massive metallic parts with high geometrical complexity is still too time-consuming to be economically viable. The combination of the powder bed-based selective laser melting process (SLM), known for its geometrical freedom and accuracy, and the nozzle-based laser metal deposition process (LMD), known for its high build-up rates, has great potential to reduce the process duration. For the industrial application of the SLM-LMD hybrid process chain it is necessary to investigate the interaction of the processes and its effect on the material properties to guarantee part quality and prevent component failure. Therefore, hybrid components are manufactured and examined before and after the heat treatment regarding the microstructure and the hardness in the SLM-LMD transition zone. The experiments are conducted using the nickel-based alloy Inconel 718.

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Ersatzteilfertigung und Reparatur mittels additiver Fertigungsverfahren

2013 , Uhlmann, E. , König-Urban, K. , Rethmeier, M. , Graf, B.

Zur künftigen effektiven und kostengünstigen Wartung sowie Instandsetzung der am höchsten belasteten Bauteile einer Gasturbine sind neue Fertigungsverfahren zu entwickeln und in die bestehenden Prozessketten zu integrieren. Das größte Potenzial hiefür bieten das selektive Laserschmelzen (SLM) und das Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA). Das SLM-Verfahren basiert auf fünf Versuchsreihen: (1) Variierung der Fokuslage xF von Voll-, Gitter- und Supportstrukturen. (2) Variation der Laserleistung PL und der Verfahrgeschwindigkeit vs. (3) Ermittlung geeigneter Werte für den Spurabstand Dys und die Streifenüberlappung. (4) Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit für die Fertigung von Voll-, Gitter- und Supportstrukturen durch die gleichzeitige Steigerung von PL und vs bei einer konstanten Streckenenergie E. Nach Abschluss der vierten Versuchsreihe liegt ein optimierter Parametersatz vor. (5) Fertigung von Zugstäben zur Ermittlung der erreichbaren Festigkeiten. Zur Qualifizierung eines neuen Werkstoffes für das SLM-Verfahren können Oberflächenrauigkeiten im Bereich von 45 µm eingestellt werden. Bei geringeren Rauigkeiten ist eine Nachbearbeitung erforderlich. Verfahren wie das Vibrationsgleitschleifen oder das Druckfließläppen weisen ein großes Potenzial für die Nachbearbeitung auf. Das LPA-Verfahren wird zunehmend beim Verschleißschutz sowie als Reparaturverfahren von Turbomaschinenkomponenten angewendet. Während beim SLM-Verfahren das Bauteil schichtweise im Pulverbett entsteht, wird der Zusatzwerkstoff beim LPA-Verfahren über eine Düse zugeführt. Bei der Reparatur von beschädigten Oberflächen oder Rissen findet zunächst eine spanende Vorbereitung statt. Ein ausgefräster Riss wird anschließend schichtweise mittels LPA wieder gefüllt.

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Manufacturing of carbide tools by Selective Laser Melting

2018 , Uhlmann, Eckart , Bergmann, André , Bolz, Robert

Application fields of electrical discharge machining (EDM) are limited due to given process conditions. When producing structures of high aspect ratios or using multi-axis machining, removed particles assemble at the machining zone, leading to process instabilities and increasing tool wear. A promising approach to improve EDM process conditions is the utilization of flushing channels in the tool electrode. However, with increasing complexity of the electrode geometry and the local integration of the mentioned flushing channels, conventional electrode manufacturing reaches its limitations. By applying Selective Laser Melting (SLM), these limitations are eliminated. An additional benefit is the efficient use of material during SLM, where nearly no waste is produced, because remaining powder can be used for the next SLM-process. The appropriate integration of flushing channels, even for complicated electrode geometries, improves process conditions during EDM in a variety of applications, leading to a higher material removal rate VW and reduced tool wear TH compared to machining without flushing. Additionally, the number of required tool electrodes can be reduced, as SLM enables an efficient integration and miniaturization of all features in a single electrode, what results in a far more sustainable process chain. Of particular interest in the field of EDM is carbide. Because of its wear resistance and stability, it is an ideal electrode material, which is commonly applied in µEDM. Tungsten carbide-cobalt is representative for this group of materials, which is already used in tool manufacturing. Several tests show a general suitability of carbide tool electrodes made by SLM for EDM-processing. However, the SLM process parameters and the composition of the carbide-cobalt show significant impact to the EDM results. A lower proportion of cobalt leads to reduced material removal rates, whereas the level of tool wear remains at a similar level. In order to benefit from the advantages of additive manufactured carbide tool electrodes, this investigation aims at decreasing waste of material and the number of required tool electrodes.

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Flexible manufacturing with an additive process chain. Design, production and surface finish

2015 , Uhlmann, Eckart , Rethmeier, Michael , Graf, Benjamin , Kersting, Robert , Bergmann, André

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