Additive-FertigungDEDAluS – Additive Herstellung von Aluminium-Strukturen mittels DED-Verfahren am LKR
Die Etablierung von additiven Fertigungstechnologien in modernen und flexiblen Fertigungsketten wie etwa der drahtbasierten Additiven Fertigung (engl. Wire-based additive manufacturing, WAM) schreitet stetig voran. Dieses Verfahren gehört zur Gruppe der Directed Energy Deposition-Prozesse. Fokus der Forschungsarbeiten der vergangenen Jahre am Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen ist dabei besonders die Entwicklung neuer Drahtmaterialien mit verbessertem Eigenschaftsportfolio neben optimierter additiver Verarbeitbarkeit, deren Verarbeitung bis hin zur Fertigung geeigneter Funktionsmuster gezeigt wird.
Abbildung 1: Rasterelektronenmikroskopische Abbildungen der Al-Mg-Zn Legierung im (a) Drahtzustand; (b) WAM-verarbeiteten Zustand; (c) Zustand nach der Wärmebehandlung.
Im Rahmen des FFG-geförderten Projekts DEDAluS wurde eine derartige neuartige Legierung entwickelt und ihre Verarbeitung bis hin zum Funktionsmuster erprobt. Abbildung 1 veranschaulicht die Mikrostruktur der neuen Legierungszusammensetzung im Draht (a), WAM-verarbeiteten Zustand (b) und im wärmebehandelten Zustand (c). Die Legierung basierend auf dem System Al-Mg-Zn zeigt verbessertes additives Verarbeitungsverhalten im Vergleich zu anderen aushärtbaren Aluminiumlegierungen der 2xxx- und 7xxx-Klasse und lässt sich ähnlich einer 5xxx-Legierung mit dem Lichtbogen verarbeiten. Nach geeigneter Wärmebehandlung lässt sich eine Streckgrenze von über 360 MPa sowie Bruchfestigkeit über 450 MPa bei einer Bruchdehnung von 4 Prozent realisieren.
Abbildung 2: Funktionsmuster Felge; (a) Überblick inklusive Felgenstern; (b) Detailansicht.
Verarbeitungserprobung am Funktionsmuster
Die Verarbeitbarkeit der Legierung wurde anhand eines Funktionsmusters, einer Felge, gezeigt. Hierzu wurde ein Muster hinsichtlich der Verarbeitbarkeit des Prozesses abgeleitet und ein Schweißpfad Software-unterstützt generiert. Die WAM-Prozessparameter wurden angepasst, sodass optimales Verarbeitungsverhalten eingestellt werden konnte. Das Funktionsmuster ist in Abbildung 2 nach dem Abtrennen von der Substratplatte und Sandstrahlen der Oberfläche zu sehen.
Die Teilbearbeitung in Abbildung 3 veranschaulicht die hervorragende Konstitution des aufgebauten Werkstoffes nach Wärmebehandlung und Endbearbeitung samt erzielter Werkstoffqualität am finalen Funktionsmuster.
Abbildung 3: Funktionsmuster Felge im teilbearbeiteten Zustand; (a) Innenansicht; (b) Außenansicht.
Fazit
Zusammengefasst kann gesagt werden, dass die Etablierung von WAM-Prozessen für die Herstellung komplexer Strukturen die parallele Verbesserung und Anpassung von Werkstoffen notwendig macht. Im Projekt DEDAluS wurde die Entwicklung einer derartigen Legierung durchgeführt und die Möglichkeit der Realisierung komplexer Bauteile anhand einer Felge demonstriert.
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