Verbesserung des Randschichtzustands additiv gefertigter TiAl6V4-Tragwerkstrukturen aus dem pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt untersuchte die mechanische Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus dem pulverbettbasierten Laserschmelzen (PBF-LB/M), ein 3D-Druck-Verfahren zur Herstellung komplexer metallischer Bauteile. Obwohl PBF-LB/M innovative Geometrien ermöglicht, treten Nachteile wie hohe Oberflächenrauheit, Porositäten und ungünstige Spannungsverteilungen auf, die die Lebensdauer der Bauteile beeinträchtigen. Ziel des Projekts war es, diese Herausforderungen durch mechanische Nachbearbeitungsmethoden – Kugel-, Mikro- und Ultraschallnassstrahlen – zu überwinden. Dabei sollten Oberflächenrauheiten verringert, Poren geschlossen und Druckeigenspannungen eingebracht werden, um die Belastbarkeit der Bauteile zu steigern. Ein zentraler Fokus lag auf der Analyse von Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, die bislang wenig erforscht sind. Das Projekt untersuchte zudem, wie Nachbearbeitungsstrategien und PBF-LB/M-spezifische Eigenschaften wie Porosität, Gefüge und Eigenspannungen zusammenspielen. Als Demonstrationsmaterial diente die Titanlegierung Ti-Al6-V4, ein Werkstoff mit Anwendungen in Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik, wo hohe Anforderungen an mechanische Belastbarkeit und Oberflächenqualität gelten. Die Ergebnisse sollen den Einsatz LPBF-gefertigter Bauteile in sicherheitskritischen Bereichen vorantreiben und die Marktakzeptanz steigern. Im Ergebnis des Projekts wurden Parameterfenster für verschiedene Strahlwinkel umfassend charakterisiert. Dabei zeigte sich, dass die Rauheitsskala der additiv gefertigten Bauteile am besten für das Kugelstrahlen zugänglich ist. Erste Versuche mit einer vereinfachten Geometrie bestätigten, dass der eingesetzte Roboter in der Lage war, die Strahlbearbeitung präzise durchzuführen. Besonders hervorzuheben ist die deutliche Erhöhung der Wechselfestigkeit, die vor allem durch das Kugelstrahlen erzielt wurde, während beim Mikrostrahlen nur geringe Effekte beobachtet werden konnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Generalised and automated method for surface analysis of roughness and subsurface porosity using micro-computed tomography. NDT & E International, 146, 103166.
Englert, Lukas; Schulze, Volker & Dietrich, Stefan
