Untersuchungen und Aufbau eines industriellen Pulverhandlingkonzepts für die additive Fertigung in der Luftfahrt am Beispiel der Legierung IN718
Die additive Fertigung wird zunehmend für die Herstellung von hochbelasteten Strukturbauteilen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Die Technologie eignet sich besonders für die Produktion von kleinen bis mittleren Stückzahlen und geometrisch komplexen Bauteilen. In der Luft- und Raumfahrt sind die Fähigkeit Gewicht einzusparen und die funktionale Effizienz der Bauteile zu erhöhen die Treiber für eine wachsende Zahl von Anwendungen.
Die Wiederverwendung des losen, nicht aufgeschmolzenen Pulvers ist aus wirtschaftlichen Gründen entscheidend, wobei zugleich hohe Qualitätsanforderungen erfüllt werden müssen. Deswegen spannt die Arbeit den Bogen von qualitätsrelevanten Alterungseffekten im Werkstoff bis hin zur Anwendbarkeit einer Pulverhandlingstrategie.
Zunächst werden die Alterungseffekte des Pulvers für die Legierung IN718 auf Basis eines Referenzfertigungsauftrags untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die Sauerstoffaufnahme der Alterungseffekt ist, den es für die Gestaltung des Pulverhandlingprozesses zu berücksichtigen gilt.
Im Rahmen der Arbeit wird die fertigungsauftragsspezifische Ausprägung der Sauerstoffaufnahme untersucht und einer Kennzahl des Fertigungsauftrags zugeordnet. In der Abwägung verschiedener Kriterien stellt sich die Packungsdichte als geeigneter Parameter für die Auswahl einer Pulverhandlingstrategie heraus. Diese beschreibt die Alterung des Pulvers präzise und ermöglicht zugleich eine intuitive Anwendung in der Werkstatt.
Ferner wurde die Wechselwirkung der Umgebungsatmosphäre mit dem Pulver und den daraus resultierenden Materialeigenschaften untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine Feuchteexposition während des PBF-LB/M-Prozesses zu einem Abfall der Duktilität des Werkstoffs führt.
Diese Ergebnisse sind Grundlage für die effiziente Anwendung der etablierten Pulverhandhabungsstrategien, die das Material kollektiv altern lassen oder das Pulver kontinuierlich auffrischen. Basierend auf den Randbedingungen des geplanten Produktionsprogramms, dem gewünschten Qualitätsniveau und dem Materialeinsatz wird der vorteilhafte Einsatzbereich der jeweiligen Recyclingstrategie aufgezeigt.