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Thursday, September 28, 2017, Saal M 11:00 AM Additive Manufacturing - Lichtbogen |
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Lichtbogenbasierte, Additive Fertigung - Vergleich eines draht- und pulverbasierten Prozesses |
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Kevin Höfer* / Technische Universität Chemnitz Professur Schweißtechnik, Deutschland Andre Hälsig / Technische Universität Chemnitz, Institut für Füge- und Montagetechnik, Professur Schweißtechnik, Deutschland Peter Mayr/ Technische Universität Chemnitz, Institut für Füge- und Montagetechnik,Professur Schweißtechnik, Deutschland |
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Der schichtweise, additive Aufbau von Bauteilen wird durch die Vorteile wie höherer Materialausnutzungsgrad und gesteigerte geometrische Möglichkeiten charakterisiert. Der spezielle Bereich der pulverbettunabhängigen, lichtbogenbasierten additiven Fertigung bietet die zusätzlichen Vorteile eines nahezu unbegrenzten Bauraumes, höherer Abschmelzmengen bzw. Aufbauraten und eines gesteigerten Rohstoffausnutzungsgrades. Bisher findet in diesem Bereich primär das Metallschutzgasschweißverfahren Cold-Metal-Transfer (CMT) sowie weitere drahtbasierte Verfahrenskombinationen Anwendung. Nachteilig an diesen Verfahrensvarianten sind die eingeschränkte Verfügbarkeit von drahtförmigen Sonderwerkstoffen, die hohe Wärmeeinbringung sowie die fehlende Möglichkeit mit einem einzelnen Draht eine multimaterielle Schichtcharakteristik zu erzeugen. Das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren 3D-Plasma-Metal-Deposition (3DPMD) basiert in seinen Grundzügen auf einem Plasma-Pulver-Auftragschweiß-Prozess. Dabei können bis zu vier, in deren Werkstoff sowie Pulverfraktion weitgehend unabhängige Pulver innerhalb einer Schicht kombiniert werden. Dies ermöglicht eine gezielte Anpassung lokaler Eigenschaften (Gefügeausbildung, mechanisch-technologische Eigenschaften, Porosität,&) an die vorliegende Beanspruchungen. In der vorgestellten Arbeit wurden geometrisch komplexe Bauteile additiv durch die verschiedenen Verfahren (3DPMD; CMT) hergestellt, analysiert und die Ergebnisse miteinander verglichen. Hierfür wurden die Prozessgrößen Abschmelzleistung und Bauzeit, sowie die Genauigkeit der erzeugten Geometrie im Vergleich zum CAD-Teil analysiert. Gleichzeitig wurde die Entwicklung der Mikrostruktur als Funktion über die Bauteilhöhe untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass 3DPMD wesentlich höhere Abschmelzleistungen besitzt und folglich höhere Bauraten erzielt werden können. In Bezug auf Konturtreue ist 3DPMD im Wesentlich mit dem CMT Verfahren vergleichbar. In Kombination mit der verwendbaren Werkstoffvielfalt können mittels 3DPMD folglich komplexere Bauteile schneller gefertigt und dabei der Energieeintrag unabhängiger vom Zusatzwerkstoff geregelt werden. |