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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Generative Fertigung von Multi-Material Komponenten mittels 3D Plasma Metal Deposition

Thursday (19.09.2019)
11:30 - 12:00 Uhr Heyn
Bestandteil von:


Ein wesentlicher Vorteil der additiven Fertigung ist das technische Potential zur Herstellung beanspruchungsgerecht gestalteter Bauteile. Ein Beispiel hierfür ist die Erzeugung von stetigen Übergängen zwischen Werkstoffen über die Bauteilhöhe. Der Prozess 3D Plasma Metal Deposition (3DPMD) überführt die Vorteile des Plasma Pulver Auftragschweißens in die additive Fertigung und ermöglicht somit die Herstellung von Multi-Material Bauteilen mit stetigen Werkstoffübergängen bei gleichzeitig geringen Pulververlusten. Durch die im vorgestellten System parallele Verarbeitung von bis zu vier Pulvern, welche in der chemischen Zusammensetzung und Kornfraktion variieren, können Mikrostruktur und Eigenschaften der Struktur lokal gezielt angepasst werden.

Dies wird anhand einer Multi-Material Struktur aus einem austenitischen korrosionsbeständigen Stahl (316L) und der Nickelbasislegierung (Ni625) demonstriert. Die Auswirkungen eines abrupten im Vergleich zu einem stetigen Übergang auf die ausgebildeten Mikrostrukturen und mechanisch-technologischen Eigenschaften werden diskutiert. Zur Charakterisierung der Mikrostruktur wurden Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersive Röntgenspektroskopie eingesetzt. Mikrohärteprofile der Übergangszonen ermöglichen Rückschlüsse auf die lokalen mechanisch-technologischen Eigenschaften.

Das generierte Bauteil war optisch ansprechend, ohne äußerliche Mängel bei einer akzeptablen geometrischen Genauigkeit. Der Übergang von 316L zu Ni625 erfolgte beim abrupten Werkstoffübergang innerhalb von zwei Lagen. Dies spiegelt sich auch in den Ergebnissen der Mikrohärtemessungen wider. Hier wurde ein Härteabfall innerhalb zweier Lagen von 80 HV0,1 festgestellt. Der Effekt des abrupten Werkstoffübergangs wird lediglich durch die prozesstypische Aufmischung beeinflusst. Der stetige Übergang erfolgte innerhalb von 10 Lagen, sodass sowohl die Mikrostrukturen als auch die Härtewerte ebenfalls eine stetige Veränderung zwischen den Reinlegierungen aufwiesen.

Zusammenfassend kann bestätigt werden, dass mittels 3DPMD gradierte Bauteile hergestellt werden können. Mit Hilfe von automatisierten Prozessroutinen ist es möglich, gradierte Strukturen unter Einsatz von Robotertechnik direkt aus den CAD-Zeichnungen zu erzeugen. Die direkte Kopplung der erzielten Mikrostrukturen und der Eigenschaften mit dem Fertigungsprozess, wurde in der vorliegenden Arbeit durch die Analyse der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen diskutiert.

 

Sprecher/Referent:
Prof. Dr. Peter Mayr
Technische Universität Chemnitz
Weitere Autoren/Referenten:
  • Kevin Höfer
    Technische Universität Chemnitz
  • Prof. Dr. Johnnatan Rodriguez
    EIA University