HAW-Hamburg: LAYER

LAYER

Verbundforschungsprojekt LAYER : Lebensdauersteigerung von additive gefertigten (DED) Bauteilen mittels hybrider Fertigungsverfahren

Einleitung

Die additive Fertigung hat in den letzten Jahrzehnten die Fertigungsprozesse in vielen Bereichen wie Kommunikation, Gesundheit, Engineering und Architektur revolutioniert [1]. Der Markt für die additive Fertigung soll bis 2027 auf 26,68 Mrd. USD wachsen, was einem Wachstum von 14,4 % entspricht [2]. Mit Hilfe des WAAM-Verfahrens können Komponenten ohne Größenbeschränkung gefertigt werden. Die nachgelagerten Prozessschritte, wie die Zerspannung und Wärmebehandlung, sind kostenintensiv und stellen ein Hindernis bei der Einführung der AM dar. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften von additiv gefertigten Bauteilen werden im Wesentlichen durch die Wahl des Werkstoffes, das Gefüge, die Oberflächenbeschaffenheit sowie Art und Verteilung von Inhomogenitäten beeinflusst. Im Rahmen des Projektes werden Methoden entwickelt um ein feinkörniges und quasi-isotropes Gefüge während der Fertigung zu erzeugen. Ferner werden unterschiedliche Verfahren für eine roboterbasierte Insitu- Oberflächenbearbeitung entwicklet um den nachgeschalteten Schritt der Oberflächenbearbeitung zu eliminieren bzw. den Aufwand zu reduzieren.

Das Vorhaben folgt den förderpolitischen Zielen des „Maritimen Forschungsprogramms“ des BMWi. Es trägt zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit von Schiffen bei. Die Bedeutung des Projektes für die maritime Industrie wird durch die Teilnahme von MMG (Koordinator), TKMS und LCG sowie das Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen der TUHH deutlich unterstrichen. Der Fokus des Vorhabens ist den Forschungsschwerpunkten „maritime.GREEN“ und „maritime.SMART“ zuzuordnen.

[1] M. Gebler, A.J.M. Schoot Uiterkamp, C. Visser, A global sustainability perspective on 3D printing technologies. Energy Policy, 74 (2014) 158-167. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2014.08.033
[2] Additive Manufacturing Market to Reach USD 26.68 Billion By 2027 | CAGR of 14.4%: Reports and Data. 2020.

Copyright HAW Hamburg - Prof. Shahram Sheikhi — Abbildung 1: Aluminium- und Stahlkomponenten hergestellt mit dem WAAM-Verfahren an der HAW Hamburg

Ziele des Verbundprojektes

Entwicklung eines Prozesses zur WAAM-Fertigung von Aluminiumkomponenten aus der 6000-Serie mit den Hauptlegierungselementen Magnesium und Silizium.
Entwicklung eines Prozesses zur WAAM-Fertigung von Komponenten aus einem nichtrostenden Stahl
Entwicklung von Verfahren und Prozessen zur Herstellung und Beeinflussung von AM-Produkten aus einem nichtrostenden Stahl und Aluminium mit den finalen Oberflächenanforderungen
Entwicklung eines Verfahrens zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit durch die Gefügebeeinflussung und die Einbringung von Druckeigenspannungen
Entwicklung zweier Insitu-Verfahren zur Einstellung von quasi-isotropen Eigenschaften durch die Beeinflussung der Kristallisation (Verfestigung durch Umformung, Kornfeinung durch mech. Schwingungen)
Entwicklung von Simulationsmodellen zur Ermittlung der optimalen Druckstrategie sowie der Eigenschaften der AM-gefertigten Bauteile
Entwicklung eines Gesamtkonzeptes für den Einsatz von kooperierenden Handhabungssystemen in Abhängigkeit von nicht definierbaren Ausgangslagen
Entwicklung eines Konzeptes für einen roboterbasierten Schruppschleifvorgang an Freiformflächen