Projektdaten

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Entwicklung einer lichtbogenbasierten, schwingungsangeregten, additiven Herstellung von Bauteilen aus Nickelbasis-Superlegierungen mittels Wire Arc Additive Manufacturing

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Als Werkstoff für Leif- und Laufschaufeln werden Nickelbasis-Superlegierungen verwendet. Die Herstellungsmethoden derartiger Turbinenschaufeln gestaltet sich allerdings kosten- und zeitintensiv, sodass die Industrie dem wirtschaftlichen Druck nur schwer gerecht wird. Eine Möglichkeit dem zu begegnen besteht in der Einbindung von additiven Fertigungsverfahren. Das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) mittels Metallschutzgasschweißen (MSG) zeichnet sich an dieser Stelle durch seine hohe Auftragsrate von >5kg/h und einem hohen Materialausnutzungsgrad (>95%) aus. Allerdings sieht sich dieses Verfahren der Heißrissbildung bei Nickelbasis-Superlegierungen konfrontiert. Der hohe periodische Wärmeeintrag beim WAAM-MSG führt zur erhöhten lokalen Ansammlung von niedrigschmelzenden Phasen im interdendritischen Raum, welche während des Abkühlvorganges die Heißrissbildung einleiten. An dieser Stelle setzt das Vorhaben mit dem Schwerpunkt an, für kmU das Anwendungsfeld der lichtbogenbasierten, additiven Fertigung von Bauteilen aus Nickelbasis-Superlegierungen mittels WAAM erstmalig zu ermöglichen. Zum einen soll über eine kontrollierte Schwingungsanregung des Schmelzbades, erzeugt durch die Tropfen- bzw. Eintauchfrequenz der Elektrode, die Durchmischung der Schmelze derart beeinflusst werden, dass die Wärmeverteilung innerhalb der Schmelze gesteuert und das Ausscheidungsverhalten der Seigerungselemente gelenkt werden kann. Zum anderen soll durch den Einsatz eines frequenzangeregten Zusatzdrahtes, die Durchmischung der Schmelzbaddynamik intensiviert und infolge der Separierung des Material- und Wärmeeintrages die massenbezogene thermische Belastung reduziert werden. KmU entlang der gesamten Wertschöpfungskette profitieren von den Erkenntnissen des Vorhabens und werden in die Lage versetzt, hier kostengünstigere und schnellere Methoden zur Herstellung von vielfältigen Schaufelgeometrien umzusetzen.