Optimierung der Schwingfestigkeit additiv gefertigter Aluminiumbauteile

Das Lichtbogen-Draht-Auftragschweißen ermöglicht die schnelle und effiziente Fertigung großer, komplexer Aluminiumbauteile. Darüber hinaus können bestehende Bauteile, beispielsweise in der Variantenfertigung von Gusskomponenten, durch dieses Verfahren erweitert werden. Allerdings treten prozessbedingt Formabweichungen, Gefügeinhomogenitäten und Porositäten auf, die zu einer eingeschränkten mechanischen Belastbarkeit führen. Eine gezielte Nachbearbeitung der Bauteile oder einzelner Funktionsflächen ist daher erforderlich.

Für den industriellen Einsatz additiv gefertigter Aluminiumbauteile ist ein tiefes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen dem DED-Arc-Prozess, der Wärmebehandlung, der Zerspanung und dem Festwalzen entscheidend, um die geforderten mechanisch-technologischen Eigenschaften zuverlässig zu erreichen.

Zielsetzung

Von besonderem wissenschaftlichem Interesse ist die Wechselwirkung innerhalb der gesamten Prozesskette sowie deren Einfluss auf die Randzoneneigenschaften der Bauteile. Ziel des Forschungsprojekts ist es daher, die lokalen mechanischen Eigenschaften durch eine gezielt abgestimmte Prozessfolge zu optimieren, insbesondere um die Schwingfestigkeit zu erhöhen. Dies ist insbesondere für zertifizierungspflichtige Strukturbauteile von Bedeutung, da so die geforderten mechanisch-technologischen Eigenschaften zuverlässig erreicht werden können.

Vorteile

• Grundlegendes Verständnis der Prozesskette zur gezielten Einstellung der Bauteileigenschaften
• Erhöhung der lokalen Schwingfestigkeit additiv gefertigter Aluminiumbauteile
• Erweiterung der industriellen Anwendbarkeit des DED-Arc-Verfahrens

Vorgehen

Zur Bewertung der durch die Prozesskette erzielten Effekte werden experimentelle und numerische Methoden kombiniert. Materialanalysen wie Mikrostrukturanalysen, instrumentierte Eindringprüfungen und Computertomographie liefern Informationen über die Mikrostruktur und Porosität, während FEM-Simulationen die Auswirkungen auf Randzoneneigenschaften und Lebensdauer vorhersagen. Empirische Modelle werden erstellt, um die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, Randzoneneigenschaften und Schwingfestigkeit zu beschreiben und quantitativ abzubilden.

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