Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Konzepten zur Ermittlung von Kennwerten zur Bewertung von additiv-gefertigten Komponenten für den Hochtemperatureinsatz

Die additive Fertigung von Bauteilen für den Hochtemperatureinsatz, z.B. durch das LPBF-Verfahren („Laser Powder Bed Fusion“), bietet die Möglichkeit komplexe Konstruktionen funktionsoptimiert herzustellen. Dem wirtschaftlichen Potenzial dieser Technik steht bislang eine unzureichende Beschreibung der Zuverlässigkeit additiv gefertigter Komponenten unter Hochtemperaturbeanspruchung gegenüber.

In diesem Vorhabens soll daher eine Prüfmethodik zur Ermittlung abgesicherter Werkstoffkennwerte additiv hergestellter Komponenten erstellt werden, mit der lokale Variationen von Werkstoffeigenschaften berücksichtigt werden können. Dazu wird ein generisches Bauteil entwickelt, in dem die Auswirkungen typischer geometrischer Bauteilmerkmale auf die Zeitstandeigenschaften LPBF-gefertigter Materialien reproduziert werden.

Aus diesem generischen Bauteil werden an definierten Positionen Zeitstand- und metallographische Proben entnommen. Zur Interpretation der erzielten Zeitstandergebnisse werden diese mit den lokalen mikrostrukturellen Eigenschaften korreliert. Ebenfalls per LPBF-Verfahren gefertigte Zeitstandprüfkörper und die bestehenden Datenbasis von Materialchargen aus konventioneller Fertigung werden zur Validierung herrangezogen. Die Prüfmethode soll an den weit verbreiteten Werkstoffen IN718, dem Stahlwerkstoff X22CrMoV12 1 und einer LPBF-optimierten Varianten des Werkstoffs IN738 LC entwickelt werden.

Auf Basis der Ergebnisse erfolgt eine Optimierung des Designs des generischen Bauteils sowie die Erarbeitung und Spezifikation eines Vorprüfungszeugnisses und des erforderlichen Prüfprogramms. Als Endergebnis wird eine wissenschaftlich abgesicherte Richtlinie zur Qualifizierung von additiv gefertigten Materialien unter Zeitstandbeanspruchung erarbeitet. Hierdurch werden KMU als Dienstleister in der additiven Fertigung von der Konstruktion über die Fertigung bis hin zur Nachbearbeitung und Qualifizierung in die Lage versetzt, das Gebiet der Hochtemperaturtechnik zu erschließen.