Untersuchung der kombinierten Prozesskette auf Basis von SLM und LPA

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Rethmeier; Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 378970463

Additive Verfahren gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Zum einen ermöglicht ihre Anwendung im Rahmen von Rapid-Verfahren die schnelle Erstellung von Prototypen und Werkzeugen. In der Entwicklung und Produktion lassen sich damit Zeitvorteile erreichen, die mit zunehmendem Wettbewerbsdruck immer wichtiger werden. Zum anderen bieten die freien geometrischen Gestaltungsmöglichkeiten additiver Verfahren eine Antwort auf die steigende Bauteilkomplexität bspw. durch Funktionsintegration in Form von Kühlkanäle oder Leichtbaustrukturen. Bislang ist es mit additiven Verfahren nicht möglich, komplexe Strukturen zu fertigen sowie eine hohe Aufbaurate und damit eine schnelle Bauteilgenerierung zu erreichen. Pulverbettbasierte Verfahren wie (SLM) ermöglichen den Aufbau sehr komplexer Strukturen, sind jedoch aufgrund geringer Baugeschwindigkeiten häufig nicht wirtschaftlich in der Serien- oder Massenfertigung einsetzbar. Zudem ist die maximale Größe der Bauteile durch die Prozesskammer begrenzt. Aufgrund der Bauteilfertigung im Pulverbett ist eine Werkstoff-kombination an ausgewählten Stellen bisher nicht möglich. Im Gegensatz dazu ist beim Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) eine hohe Baugeschwindigkeit erreichbar, der Bauraum ist nicht begrenzt und Werkstoffwechsel sind einfach umsetzbar. Das Verfahren kann jedoch nur grobe Strukturen aufbauen. Eine kombinierte Prozesskette aus SLM und LPA bietet großes Potenzial, die Vorteile der Einzelverfahren synergetisch zu verbinden. Dieses Projekt hat zum Ziel, die Wechselwirkungen bei der Anwendung von SLM und LPA in einer Prozesskette grundlegend zu untersuchen und durch eine Kombination der beiden Verfahren eine erhöhte Funktionalität additiv gefertigter Bauteile zu ermöglichen. In dieser kombinierten Prozesskette übernimmt das SLM die Fertigung von komplexen Strukturen. Das LPA kommt anschließend zum Aufbau der massiven und groben Geometrien zum Einsatz, wobei flexible Werkstoffwechsel zusätzliche Möglichkeiten zur Funktionserweiterung bieten. Für ein grundlegendes Verständnis der Verfahrenskombination ist zu untersuchen, inwieweit SLM-Strukturen durch den nachfolgenden LPA-Materialauftrag beeinflusst werden und welche Effekte und Eigenschaften in der Verbindungszone und im gesamten Probenkörper auftreten. Anschließend sollen für beide Prozesse empirische Modelle für ausgewählte funktionelle Eigenschaften des Probenkörpers in der Zwischenschicht und im Gesamtprobenkörper aus den technologischen Untersuchungen abgeleitet werden. Diese sollen Vorhersagen über das zu erwartende Ergebnis innerhalb des untersuchten Parameterraums liefern. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen eine Wissensbasis für weitere Anwendungen der beiden Verfahren im kombinierten Einsatz schaffen. Die Untersuchungen werden am Beispiel der Nickelbasis-Legierung Inconel 718, aufgrund der hohen Korrosionsbeständigkeit, der hervorragenden hochwarmfesten Eigenschaften und Relevanz für Bauteile aus dem Turbinenbereich, durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen