Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Mechanische Oberflächennachbehandlung additiv gefertigter, metallischer Komponenten zur gezielten Steigerung der Ermüdungsfestigkeit

Additive Fertigung (AM) wird zunehmend für hochbelastete metallische Bauteile eingesetzt und ermöglicht eine effiziente Fertigung komplexer Geometrien unter Vermeidung hoher Zerspanungsgrade. Die Fertigungsverfahren sind dabei dank ihrer hohen Flexibilität und ihres Innovationspotentials auch gerade für KMU sehr attraktiv. Metallische AM-Bauteile weisen grundsätzlich eine akzeptable Festigkeit auf. Die Oberflächenqualität im „as printed“ Zustand ist jedoch unzureichend. Oberflächennahe Defekte fungieren dabei als Rissstarter und führen zu einem vorzeitigen Ausfall des Bauteils. Mechanische Oberflächenbehandlungsverfahren wie Kugelstrahlen oder Festwalzen bieten ein enormes Potential, um insbesondere die Ermüdungsfestigkeit von AM-Bauteilen immens zu steigern. Außerdem kann so die enorme Varianz der Bauteileigenschaften, die aus einer Vielzahl von Verfahrensparametern resultiert, im Sinne einer homogenen Bauteilqualität verringert werden. Während einzelne Untersuchungen zum Kugelstrahlen von AM-Bauteilen existieren, ist die Wirkung des Festwalzens zur gezielten Steigerung der Ermüdungsfestigkeit noch nicht systematisch erforscht. Des Weiteren müssen Berechnungsverfahren entwickelt werden, sodass gerade für KMU eine einfach handhabbare Prozedur zur Bauteilauslegung in Abhängigkeit der Prozessparameter der Nachbehandlungsverfahren zur Verfügung steht. Solche Verfahren fehlen bislang. Der Nutzen für KMU ist die Möglichkeit zur gezielten Steigerung der Ermüdungsfestigkeit hochbelasteter AM-Bauteile durch eine maßgeschneiderte Oberflächenbehandlung. KMU-gerechte Auslegungs- und Bewertungsmethoden zur optimierten Durchführung der Behandlung werden im Projekt entwickelt und über Transfermaßnahmen beispielsweise in Form von VDI-Merkblättern verbreitet. Somit wird schließlich die Wettbewerbsfähigkeit von KMU im AM-Bereich erheblich gesteigert und der Einsatz der Zukunftstechnologie AM auch für höchstbelastete und sicherheitsrelevante Bauteile wesentlich vorangetrieben.