Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung der Additiven Fertigung für die Herstellung verfahrenstechnischer Druckgeräte

Insbesondere für die Herstellung von Druckgeräten mit komplexen Bauteilgeometrien bietet das Laserstrahlschmelzen (LBM) als additives Fertigungsverfahren ein hohes wirtschaftliches Potenzial, auch zum Einsatz in der Serienfertigung. Da bei der konstruktiven Ausführung von LBM-Bauteilen im Vergleich zur konventionellen Formgebung durch z. B. Umformen oder Zerspanen fast keine geometrischen Randbedingungen beachtet werden müssen, bieten sich erhebliche Vorteile bei der funktions- bzw. beanspruchungsspezifischen Gestaltung sowie einer zusätzlichen Funktionsintegration. So könnten Druckgeräte durch die Reduktion von Schweißnähten oder durch den Verzicht auf Verbindungselemente und Dichtungen kompakter und somit durch Einsparung von Montageschritten kostengünstiger gefertigt werden.

Allerdings bestehen für die Fertigung von Bauteilen für Druckgeräte mittels LBM noch Hemmnisse bzw. Sicherheitsbedenken zum Einsatz dieser Technologien. Die in dem Forschungsprojekt gewonnenen Erkenntnisse sollen in Standards bzw. Normen für einen prozesssicheren Technologieeinsatz des LBM für die additive Herstellung von Druckgeräten einfließen, die die Anforderungen der Druckgeräterichtlinie DGRL 2014/68/EU berücksichtigen. Diese Maßnahme trägt zum Abbau der heute bestehenden Hemmnisse und Sicherheitsbedenken bezüglich des Einsatzes additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung von Druckgeräten bei und ermöglicht insbesondere den KMU die Erschließung des Innovationspotenzials additiver Fertigungstechnologien zur Herstellung sicherer und zuverlässiger Druckgeräte.

Zielsetzung des beantragten Forschungsprojektes ist die Erschließung des Laserstrahlschmelzens als additives Fertigungsverfahren zur Herstellung von verfahrenstechnischen Druckgeräten und die dementsprechende Erweiterung des Einsatzspektrums dieser Technologie.

Ergebniszusammenfassung:

1. Aufarbeitung aller für das System vorhandener Einflussgrößen und Abgleich mit dem Stand der Forschung und dem aktuellen Stand der Normung. Konkretisierung der Projektausrichtung mit Fokus auf Untersuchung inhomogener Werkstoffzustände (WZ) und Werkstoffeigenschaften (WE) des Werkstoffs 316L (1.4404) in Abhängigkeit der Wandungsmerkmale (WM). Anwender können den PBF-LB/M Stand der Technik sowie die einschlägige Normung überblicken und als Entscheidungsgrundlage zur strategischen Unternehmensausrichtung unter Berücksichtigung des Qualifizierungsaufwands nutzen.

2. Systematische Analyse des WZ und der WE in Form eines DoE mit 3 WM als Parameter (Neigung, Ausrichtung und Wandstärke). Gegenüberstellung der Ergebnisse von Flach- und Rundzugproben sowie Schliffproben. Vergleich zweier baugleicher Fertigungssysteme unter Verwendung identischer Prozesssetups (Ausgangswerkstoff, Parameter, Fertigungsvorbereitung und -durchführung). Qualifizierungsansatz mit Probenauslegung und Analysemethoden wurden bereitgestellt.

3. Recherche und Darstellung integrierbarer Funktionen zur Steigerung der Betriebssicherheit von AM-Druckgeräten. Weiterentwicklung Druckgeräterichtlinien-konformer Auslegungsvorgehensweisen zur Berücksichtigung inhomogener WZ durch geometriemerkmalbezogene Kenngrößen. Berücksichtigung der Abhängigkeit der Wandstärke von der Orientierung und Neigung von Behälterwänden in der Auslegung.

4. Richtlinienentwurf für die ausgewählte Funktionsintegration „Sollbruch durch Oberflächenkerbe“ und experimenteller Nachweis der Funktionsfähigkeit durch Bauteilberstversuche. Entwicklung eines Wärmetauschers unter Ausnutzung leistungssteigernder Konstruktionsmöglichkeiten und aufbaurichtungsabhängiger Behälterwandstärken. Erarbeitung von Prüfmöglichkeiten direkt und zerstörungsfrei sowie mithilfe von Begleitproben. Ableitung und Validierung eines individualisierbaren Begleitprüfkörpers mit maximierten Untersuchungsmöglichkeiten und minimiertem Bauraum.