Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Beanspruchungsoptimierung bei der hybrid-additiven Fertigung zur Reparatur und Modifikation hochfester Stahlbaustrukturen

Der Einsatz von Stählen mit höheren Streckgrenzen erlaubt die Reduzierung von Wandstärken, Bauteilgewicht und Fertigungskosten. Mittels hybrid-additiver Fertigung auf Basis generierender MSG-Schweißverfahren (WAAM) können hocheffizient Bauteilmodifikationen und -reparaturen an Halbzeugen sowie additiven Strukturen realisiert werden. Der breiten Anwendung, gerade bei KMU, stehen noch wesentliche Fragestellungen entgegen. Neben der fertigungstechnischen Gestaltung, Aufbaustrategie und geometrischen Bauteiladaption für Modifikationen oder Reparaturen betrifft dies die schweißbedingten Beanspruchungen im Zusammenhang mit den mikrostrukturellen Einflüssen durch die additiven Fertigungsschritte insbesondere im Anbindungsbereich. Hierfür werden im Vorhaben durch die BAM und TU Chemnitz systematisch Kenntnisse zur metallurgischen Auswirkung sowie den resultierenden Spannungen und Dehnungen beim hybrid-additiven MSG-Schweißen von hochfesten Stählen speziell im Übergangsbereich zwischen Substrat und generierter Struktur erarbeitet. Es sind die jeweiligen Einflüsse aus Wärmeführung (z. B. Vorwärmung), Schweißparametern (z. B. Lagenkonfiguration) und Substratvorbereitung (z. B. Zerspanung) anhand experimenteller Schweißungen, Dilatometer- sowie Gefüge- und Eigenspannungsanalysen eingehend zu klären und zudem mit den konstruktiven Steifigkeitsverhältnissen, bspw. der Substratstruktur, zu korrelieren. Optimierter Lagenaufbau und Schweißzusatzeinsatz sollen speziell für den kombinierten Einsatz von 3D-Scannern und Pfadplanungstools durch anwenderbezogene WAAM-Aufgaben für Modifikation und Reparatur erprobt werden. Ziel ist es, Verarbeitungsempfehlungen zu erarbeiten, mit denen WAAM-Prozesse für eine beanspruchungsgerechte und risssichere hybrid-additive Bauteilmodifizierung und -reparatur eingesetzt werden können, um insbesondere KMU eine wirtschaftliche und ressourcenschonende Fertigung hochfester Stahlkomponenten zu ermöglichen.