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Thursday, September 28, 2017, Saal M 12:00 PM Additive Manufacturing - Lichtbogen |
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MIG-basierte, robotergestützte Additive Fertigung von Aluminiumbauteilen |
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Thomas Hassel* / Institut für Werkstoffkunde
Leibniz Universität Hannover, BRD Jan-Willem Neumann / Universität Hannover, Deutschland |
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Die derzeitige Verwendung des Additive Manufacturing beschränkt sich nahezu ausschließlich auf den Bereich der Hochleistungswerkstoffe, wobei hier hauptsächlich pulverförmige Materialien, wie z.B. beim SLM-Verfahren, zur Anwendung kommen. Zwei wesentliche Gründe stehen der Anwendung in anderen nicht in dem Maße kostenintensiven Branchen entgegen. Zum ersten sind erhebliche Investitionskosten zur Installation der Produktionstechnologie zu leisten und zum anderen sind die Kosten für die pulverförmigen Werkstoffe aufgrund deren Herstellungsprozesse enorm. Drahtbasierte Prozesse sind im Bereich des Laserschweißens ebenfalls möglich. Die Verwendung von MSG Schweißprozessen erfolgt derzeit in Kombination mit Werkzeugmaschinenkonzepten, welche aber in allen Fällen nur einen begrenzten Bauraum für die Bauteilerzeugung bieten. Für klassisch schweißbare Metalle stellt das Lichtbogenschweißen für die schnelle Herstellung komplexer Strukturen eine sinnvolle Option dar. Mit den verfügbaren energiereduzierten Kurz- und Impulslichtbogenprozessen besteht die Möglichkeit ein überlagerndes Einzelraupenschweißen für die dreidimensionale Bauteilherstellung anzuwenden. Am Beispiel des MIG-Aluminiumschweißens wird dargestellt, dass unter Verwendung von Robotern, welche sowohl das Bauteil bewegen, als auch des Lichtbogenprozess führen, die Herstellung dünnwandiger, dreidimensionaler Strukturen möglich ist. Unter Verwendung von zwei KUKA Robotern wird gezeigt welche Prozessstrategien notwendig sind, um erfolgreich einen Materialaufbau herzustellen. Darauf aufbauend werden der zukünftige Entwicklungsaufwand und das Potential dieser Prozesse aufgezeigt. Untersuchungen an hergestellten Bauteilen werden vorgestellt. Hierzu werden Ergebnisse zur Gefügeentwicklung und den mechanischen Eigenschaften dargestellt und diskutiert. Die Ergebnisse zeigen, dass dünnwandige Bauteile im Bereich von 2-3mm Wandstärke sicher herstellbar sind und dem erwarteten Eigenschaftsprofil des Schweißnahtgefüges entsprechen. Sowohl Linearschweißungen, als auch rotationssymmetrische Bauteile sind mit vertretbarem Aufwand herstellbar, sodass in dieser Technik ein sehr großes Potential für die Herstellung großflächiger, filigraner Strukturen gesehen wird. Die Wahl der Schweißparameter und gegebenenfalls notwendige Kühlkonzepte werden diskutiert und verglichen. In der Ergebnisdarstellung wird ebenfalls die herausragende Bedeutung des Wärmemanagements bei der Herstellung dieser Bauteile thematisiert. Abschließend erfolgt ein Überblick über mögliche Anwendungsgebiete und Werkstoffsysteme für diese Technologie. |