Additive Fertigung von Schiffspropellern aus seewasserbeständigen Bronzen mittels WAAM

Der Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)-Prozess bietet hohe Gestaltungsfreiheiten bei der Konstruktion sowie die Möglichkeit der Herstellung komplexer, endkonturnaher Strukturen und verbindet die Vorteile konventioneller additiver Verfahren mit den relativ hohen Aufbauraten des Metall-Schutzgas-Schweißverfahrens (MSG). Im Rahmen des abgeschlossenen Forschungsvorhabens "Generative Fertigung Maritimer Komponenten-MarKomp" wurde die Technologie in Hinblick auf ihren Einsatz für maritime Strukturen untersucht und weiterentwickelt. Maritime Strukturen, wie z. B. Schiffspropeller sind anspruchsvollen Betriebs-und Umweltbedingungen ausgesetzt, sodass Kupferbasislegierungen mit hohen Festigkeitskennwerten und Korrosionsbeständigkeiten verwendet werden. In dem Zusammenhang wurden drei verschiedene Schweißzusatzwerkstoffe CuAl8Ni2Fe2Mn2, CuAl9Ni5Fe3Mn2 sowie CuMn13Al8Fe3Ni2 verwendet, die für den Propellerbau bis zu einem Durchmesser von 2 m wirtschaftlich eingesetzt werden sollen. Eine Besonderheit beim formgebenden Schweißen ist der periodisch wiederkehrende Wärmeeintrag durch den Schweißprozess, der anisotrope Eigenschaften mit sich bringt. Um den Energieeintrag möglichst gering zu halten, wurde neben dem konventionellen Impulslichtbogenverfahren auch das Cold Metal Transfer (CMT)-Verfahren eingesetzt. Die Versuche wurden mit einem Industrieroboter geschweißt und zeigen verschiedene Lagenaufbaustrategien mit Kreuzungsstrukturen und schrägen Wänden. Außerdem werden Ergebnisse aus den mechanisch-technologischen Versuchen sowie Ermüdungsfestigkeits-und Korrosionstests vorgestellt. Neben den makroskopischen Untersuchungen wird das widererhitzte Gefüge mikroskopiert und Korngrößenveränderungen dokumentiert. Die Schweißversuche reichen von kleinen Probekörpern zur Ermittlung prozesssicherer Parameter, hin zu endkonturnahen Demonstratorbauteilen, die einem Schiffspropeller ähnlich sind.