3D-Druck nicht schweißbarer Ni-Basis-Legierungen

Additiv gedrucktes Zahnrad aus MAR-M247-Legierung. (Bild: NMB)

Im Triebwerks- und Turbinenbau werden Werkstoffe eingesetzt, die sich durch eine sehr gute Korrosions- und/oder Hochtemperaturbeständigkeit auszeichnen müssen, wie nicht schweißbare Ni-Basis-Legierungen. Deren Verarbeitung erfolgt bislang durch zeit- und kostenintensive formenbasierte Gieß- und Feingussverfahren. Neben den wirtschaftlichen Nachteilen ist hier die Komplexität der gegossenen Bauteile eingeschränkt – im Zeitalter der Additiven Fertigung ein zunehmend gravierender Makel.

Metallbasierte additive Fertigungsverfahren sind bisher ausschließlich für die Verarbeitung schweißbarer Ausgangsmaterialien ausgelegt und daher für Ni-Basis-Legierungen nicht zugänglich. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich ein aktuelles Kooperationsprojekt der Neue Materialien Bayreuth GmbH (NMB) damit, diesen wichtigen Hochtemperatur-Werkstoffen den Weg in die Additive Fertigung zu öffnen. Basis hierfür ist das Fused Deposition Modeling-Verfahren, bei dem sogenannte Filamente als Ausgangsmaterial verwendet werden.

Auf dem Weg zur Realität

Im Zentrum des Projekts stehen die Entwicklung und Herstellung von hochgefüllten Metallfilamenten aus Ni-Basis-Legierungen mit einem Metallgewichtsanteil von mindestens 90 % für den Aufbau von Hochtemperatur-Bauteilen mit geringer Porosität und hohen thermo-mechanischen Eigenschaften. NMB beschäftigt sich dabei mit der Entwicklung und Optimierung eines innovativen Metallpulvers. Weiterhin übernimmt NMB auf einer speziell auf die Verarbeitung von nicht schweißbaren Legierungen ausgelegten Prototypanlage die Entwicklung der Sinter- und Wärmebehandlungsstrategien.

Das neue Verfahren bietet für nicht schweißbare Hochtemperaturlegierungen eine attraktive Alternative zu den herkömmlichen nicht additiven, kostenintensiven und mit hohen Lieferzeiten verbundenen Fertigungsverfahren. Verfahren und Anlagenprototyp werden im Rahmen des vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) geförderten Kooperationsprojekts „Entwicklung hochgefüllter Metallfilamente zur Herstellung von komplexen Bauteilen aus nicht schweißbaren Nickel-Basis-Legierungen mittels Fused Deposition Modeling-Verfahren – FDM-MAR“ (Förderkennzeichen KK5027501SH0) von den Kooperationspartnern Neue Materialien Bayreuth GmbH und Peter Würtele entwickelt.