Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Mechanische Oberflächennachbehandlung zur Reduktion und Beseitigung werkstoffimmanenter Defekte in Randschichten für die metallische additive Fertigung

Additiv gefertigte, metallische Bauteile eignen sich prinzipiell hervorragend für strukturelle Anwendungen in Branchen wie Automotive, Luftfahrt und Energieerzeugung. Die Fertigungsverfahren ermöglichen dank ihrer Flexibilität die schnelle Umsetzung neuer Konzepte und sind daher für KMU äußerst attraktiv. Die Oberflächenqualität im „as-built“ Zustand ist jedoch unzureichend. Oberflächennahe Defekte fungieren als Rissstarter und führen zu einem vorzeitigen Ausfall des Bauteils, was den Einsatz in sicherheitsrelevanten Bereichen oft verhindert. Die hohe Oberflächenrauheit kann zwar durch eine zeitaufwändige und kostenintensive spanende Nachbearbeitung entfernt werden. Oberflächennahe Defekte wie Gasporen und lokal mangelhafte Anbindung (Lack-of-Fusion LOF) bleiben aber bestehen und reduzieren die Bauteilfestigkeit deutlich. Es besteht somit ein erheblicher Bedarf, dass KMU diese Defekte in Bauteilen durch einfach anwendbare Verfahren beseitigen können. Dazu eignen sich weitverbreitete Oberflächenbehandlungsmethoden wie Kugelstrahlen und Festwalzen, was durch seine hohe Intensität plastische Deformation mit einer hohen Wirktiefe einbringen kann. So wird oberflächennahe Porosität reduziert und die Anbindung bei LOF-Defekten wiederhergestellt. Forschungsziel des beantragten Vorhabens ist die Erstellung einer KMU-tauglichen QM-Methodik zur Detektion von kritischen Defekten in AM-Bauteilen und die Ableitung einer gezielten Nachbehandlungsprozedur in Form einer lokalen Oberflächenbehandlung zur Defektbeseitigung. Die Methodik, geeignete Behandlungsparameter und ein Wirknachweis wird zunächst auf Probenlevel erarbeitet und dann auf Demonstratorbauteile übertragen. Die resultierenden Guidelines werden für KMU leicht zugänglich über Transfermaßnahmen wie VDI-Merkblätter verbreitet. Der Nutzen für KMU ist die Steigerung ihrer Wettbewerbsfähigkeit im AM-Bereich und der Einsatz der Zukunftstechnologie AM auch für höchstbelastete und sicherheitsrelevante Bauteile.