Maßgeschneiderte verschleißfeste Verbundbauteile durch Additve Manufacturing und heißisostatisches Pressen

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Das heißisostatische Pressen (HIP) ist ein etabliertes Verfahren um, Bauteile höchster Beanspruchung aus Metall- oder Keramikpulver zu fertigen. Im konventionellem HIP-Prozess werden hierzu einfache Kapseln aus Stahlblech geschweißt, mit Pulver gefüllt, evakuiert und unter Druck- und Temperatur konsolidiert. Auf Grund der manuellen Fertigung der Kapseln durch Schweißen unterliegen die Bauteile großen geometrischen Beschränkungen, die Komplexität ist stark eingeschränkt. Die automatisierte Fertigung der Kapseln durch Additive Manufacturing (AM) ermöglicht die Fertigung nahezu beliebig komplexer Kapseln und eröffnet in Kombination mit HIP vollkommen neue Möglichkeiten. Zum einen werden die geometrischen Beschränkungen der manuellen Kapselfertigung aufgehoben und zum anderen können funktionale Verbundbauteile erzeugt werden. Die im AM Prozess aufgebauten Kapseln können hierbei eine Korrosions- oder Verschleißbeständige Oberfläche darstellen, während der Kern durch klassisches HIP Pulver aus einem zähen Werkzeugstahl besteht. Mit Hilfe der numerischen Geometrieoptimierung können zudem die Bauteile über die gesamte Prozesskette optimiert werden, sodass am Ende der Prozesskette endkonturnahe Bauteile vorliegen und eine geringe Nachbearbeitung nötig ist. Die Grundlegende Machbarkeit der Kombination aus AM und HIP wurde in einem Vorgängerprojekt gezeigt. Auf Grund der Beschränkungen des verwendeten AM Prozesses Laserpowderbedfuiso (LPBF) war es jedoch nicht möglich, verschleißfeste und hochkohlenstoffhaltige Werkstoffe zu Verarbeiten. An diesem Punkt setzt dieses Projekt, unter Zuhilfenahme alternativer AM Prozesse, an und hat das Ziel, verschleißfeste Kapseln mit einem zähen Kern herzustellen.

Projektinhalte

  • Evaluation geeigneter AM Verfahren zur Verarbeitung verschleißfester und hochkohlenstoffhaltiger Werkstoffe
  • Auslegung der Kapselwandstärke und Geometrie über die numerische Geometrieoptimierung des HIP Prozesses
  • Entwicklung einer HIP-geeigneten Löttechnologie
  • Erarbeitung angepasster HIP und Wärmebehandlungsparameter
  • Qualifizierung der Prozesskette durch Metallographie und Verschleißprüfung
  • Validierung der Geometrieoptimierung durch optische Messtechnik

Zielsetzung

  • Erarbeitung einer Prozesskette zur Erzeugung endkonturnaher und verschleißbeständiger Bauteile durch additive Manufacturing und heißisostatisches Pressen
  • Adaption und Weiterentwicklung einer bestehenden numerischen Geometrieoptimierung

Projektpartner

  • Fraunhofer IFAM Bremen, Fraunhofer IFAM Dresden, Fachverband Pulvermetallurgie
  • Projektbegleitender Ausschuss: Additive Works, Ampower, Barradas, Bleistahl, Bodycote, Coperion, Cremer Thermoprozessanlagen, Deloro HTM, Deutsche Edelstahlwerke, FIT, Höganäs, IFW Jena, PVA Löt- und Werkstofftechnik, Quintus Technologies
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