Laserunterstütztes Projizierstreckdrücken von Inconel 718

Die zunehmende Nachfrage nach schwerbearbeitbaren Werkstoffen wie Inconel 718 erfordert den Einsatz effizienter Bearbeitungsverfahren. Laserunterstützung bietet ein enormes Potenzial, um die Leistungsfähigkeit konventioneller Prozesse zu erhöhen. Da das Projizierstreckdrücken ein inkrementelles Umformverfahren ist, eignet es sich besonders für den Einsatz einer Laserunterstützung, weil die lokale Umformzone gezielt mit dem Laserstrahl erwärmt werden kann. Gegenüber dem Stand der Technik ist der somit örtlich und zeitlich begrenzte Energieeintrag in das Werkstück von besonderem Vorteil. So kann das Formänderungsvermögen eines Werkstoffs signifikant erhöht und gleichzeitig die Bauteilqualität verbessert werden. Weiterhin ergibt sich durch den Einsatz eines Lasers als Energiequelle der Vorteil einer sehr gut reproduzierbaren Erwärmung. Bisherige Untersuchungen zum laserunterstützten Projizierstreckdrücken belegten die prinzipielle Machbarkeit sowie das grundsätzliche Potenzial dieses Fertigungsverfahrens. Jedoch lagen bisher keine wissenschaftlichen Erkenntnisse anhand einer systematischen Untersuchung dieses Prozesses vor. Ziel dieser Arbeit war es, die Wirkzusammenhänge zwischen dem Energieeintrag mittels Laserstrahlung und dem Prozessergebnis zu ermitteln, um eine erkenntnisbasierte Prozessauslegung und damit eine reproduzierbare Fertigung qualitativ hochwertiger Bauteile zu ermöglichen. Dazu wurden die für den Prozess relevanten Mechanismen bezüglich des erforderlichen Energieeintrags durch Laserstrahlung identifiziert und deren Wirkung auf das Prozessergebnis ex perimentell untersucht. Aufgrund der Wichtigkeit sowie gleichermaßen der Komplexität des Temperaturfelds beim laserunterstützten Projizierstreckdrücken wurde anschließend ein thermisches Prozessmodell entwickelt, mit dem die Temperaturverteilung im Werkstück beschrieben sowie Rückschlüsse für die Prozessauslegung gezogen werden können. Diese Erkenntnisse wurden für die Fertigung eines repräsentativen Demonstratorbauteils eingesetzt. So wurde das entwickelte thermische Prozessmodell im Anwendungszusammenhang validiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern damit eine Orientierungshilfe für die Prozessauslegung beim laserunterstützten Projizierstreckdrücken. Weiterhin wurde die Grundlage für systemtechnische Entwicklungen geschaffen, die für eine Umsetzung der Technologie in der industriellen Praxis erforderlich ist.