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Tuesday, September 20, 2022, Rheinsaal 9:30 AM DVS CAMPUS - Erweiterung der Prozessgrenzen der Additiven Ferigung |
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Additive Fertigung und Gradierung hochbeanspruchter Motorenbauteile mittels Hochleistungs-Tandem PPA |
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Robert Rimpl* / Technische universität Chemnitz
Fakultät Maschinenbau
Institut für Füge- und Montagetechnik
Professur Schweißtechnik, DE Jonny Kaars / WTZ Motorentechnik GmbH, Deutschland André Hälsig/ Technische Universität Chemnitz / IFMT, Deutschland Henrik Specht/ WTZ Motorentechnik GmbH, Deutschland Jonas Hensel/ Technische Universität Chemnitz / IFMT, Deutschland Enrico Rothe/ WTZ Motorentechnik GmbH, Deutschland |
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Hochbeanspruchte Motorkomponenten halten unsere Welt in Bewegung. Sei es als kleiner Motor mit einigen hundert Kilowatt Leistung in Nutzfahrzeugen oder als Großmotor in der maritimen Technologie oder in Blockheizkraftwerken, mit bis zu 20 Megawatt Leistung. Der Trend der Brennstoffe entwickelt sich weg von klassischen fossilen, hin zu erneuerbaren und synthetischen Treibstoffen wie Methangas, Flüssiggas, Ammoniak, Wasserstoff und Methanol. Neben thermischen Belastungen der Motorkomponenten steigt der Anteil der chemischen Korrosion bei Verwendung dieser Brennstoffe stark an. Das Ziel ist es, den resultierend höheren Bauteilbeanspruchungen mithilfe eines weiterentwickelten Fertigungsverfahrens gerecht zu werden. An Stellen des Bauteils mit hoher thermochemischer Beanspruchung sollen höherwertige Werkstoffe als in anderen Bereichen des Bauteiles zum Einsatz kommen. Der Plasmapulverauftrag (PPA) Prozess zeichnet sich vor allem durch die freie Integrierung und Mischung vielfältiger Zusatzwerkstoffe für Anwendungen im additiven Bereich aus. Durch die Ertüchtigung des Verfahrens zum Einsatz als Tandem-Prozess konnte zudem die Forderung einer Effizienzsteigerung erfüllt werden. Die Kopplung von zwei unabhängig steuerbaren Plasmabrennern ermöglicht eine Zeitersparnis für das Auftragen gleicher Volumina von 45 % im Verhältnis zum Einzelbrenner. Gleichzeitig konnten Gesamtabschmelzleistung von bis zu 7 kg/h realisiert werden. Auf Grund einer intelligenten Zusatzwerkstoffzuführung und integrierten Zusatzwerkstoffmischeinheit sind in situ Werkstoffmischungen und lokale Gradierungen möglich. In Höhen- und Umfangsrichtung konnte bei der additiven Fertigung von Bauteilen bereits gezielt schroffe sowie auch sanfte Gradierung von 0 – 100 % erzielt werden. Weiterhin konnten innerhalb des gemeinsamen Schmelzbades von der Nahtinnen- zur Nahtaußenseite Gradierungen zwischen 30 – 70 % gezielt eingestellt werden. Dadurch sind neben den geometrischen Freiheiten der additiven Fertigung nun auch werkstoffliche Möglichkeiten der lokalen Anpassung mechanisch-technologischer Gütewerte geschaffen. Um dieses Potenzial in den industriellen Anwendungsbereich zu transformieren werden mithilfe des Hochleistungs-Tandem PPA Prozesses Demonstratoren gefertigt, welche durch eine Gradierung im Bereich der hochbeanspruchten Ober- sowie Außenseite örtlich beanspruchungsgerechte Werkstoffeigenschaften aufweisen. |