Betriebsfestigkeit additiv gefertigter Bauteile (BadgeB)

Problemstellung
Ständig hoch belastete Bauteile, wie Fahrwerks- oder Hydraulikkomponenten für die Luftfahrt, stellen bei Versagen ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar. Additive Fertigungstechnologien bieten hier ein Verbesserungspotenzial. Diese Verfahren werden gegenwärtig durch das mangelnde Verständnis über die Wechselwirkung zwischen dem Werkstoff, der Prozessführung und der daraus resultierenden Betriebsfestigkeit bezüglich der Lebensdauer und Sicherheit der Bauteile limitiert. Ohne dieses Verständnis können solche Bauteile als lasttragende Endprodukte mit reproduzierbaren, prognostizierbaren Eigenschaften nicht additiv gefertigt werden.

Projektziel
Ziel des Forschungsprojekts BadgeB ist die systematische Untersuchung der Wechselwirkung der erzielbaren mechanischen Eigenschaften von Bauteilen und der dazu notwendigen Prozessführung in der additiven Herstellung. Am Beispiel des selektiven Laserschmelzens wird anhand von Nickelbasislegierungen, Aluminiumlegierungen sowie für einen Metall-Kunststoff-Verbund der Fertigungsprozess für lasttragende Endprodukte im realen Einsatz qualifiziert.

Vorgehensweise
Dazu werden zunächst Probekörper aus verschiedenen Qualitäten der Ausgangspulver und mittels verschiedener Einstellungen der Prozessparameter, wie Bauteilausrichtung, Belichtungsstrategie und Laserstrahl-Parameter, gefertigt. Die sich daraus ergebenden Oberflächen und Mikrostrukturen werden charakterisiert. Anschließend wird die Belastbarkeit dieser Probekörper, wie Lastwechsel und Lastniveau, experimentell ermittelt. Daraus wird ein Bemessungskonzept für die Auslegung der sicherheitsrelevanten Bauteile abgeleitet. Diese Kenntnisse werden verwendet, um ausgewählte Bauteile aus dem Automobilbau und der Luftfahrt auf möglichst geringes Gewicht bei einer geforderten Lebensdauer optimieren zu können.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die im Projekt erarbeiteten Erkenntnisse werden für den weltweit ersten Einsatz eines Bemessungskonzepts für sicherheitsrelevante Bauteile verwendet, welche mittels selektiven Laserschmelzens zuverlässig hergestellt werden können. Hierzu wird frühzeitig mit den entsprechenden Zulassungsbehörden zusammengearbeitet. Dies ermöglicht zukünftig, auf Kundenwünsche zugeschnittene Komponenten wirtschaftlich zu realisieren. Bei der Auslegung von hochbelastbaren Bauteilen und der anschließenden additiven Herstellung von Fahrwerks- und Tragstrukturen kann damit im Automobilbau, im Schienenverkehr und in der Luftfahrt zusätzlich Gewicht und somit Treibstoff eingespart werden.

• Airbus Defence and Space GmbH
• C.F.K. CNC-Fertigungstechnik Kriftel GmbH
• EDAG Engineering AG
• EOS GmbH Electro Optical Systems
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Heraeus Additive Manufacturing GmbH
• Linde Aktiengesellschaft
• Robert Bosch GmbH
• Sogeti Deutschland GmbH
• Technische Universität Darmstadt