KMU-innovativ Industrielle Additive Fertigung großvolumiger Bauteile aus Nickelbasislegierungen (IAMhuge)

Problemstellung
Im Zuge der Energiewende besteht im Turbinenbau ein hoher Bedarf an großvolumigen Bauteilen aus Inconel, einer hochtemperaturbeständigen Nickelbasislegierung. Derzeit werden diese noch manuell als Sonderanfertigung vorwiegend im Ausland geschmiedet. Es ergeben sich Abhängigkeiten und lange Lieferzeiten. Für den späteren Einsatz ist außerdem eine hohe Präzision der Bauteile nötig, was eine Nachbearbeitung des schwer zerspanbaren Materials erforderlich macht.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projekts IAMhuge war es, einen HAM-Prozess (engl. Hybride Additive Manufacturing) zu erforschen, welcher die endkonturnahe Herstellung großvolumiger Bauteile aus Inconel ermöglicht. Als hybride AM-Prozesse werden solche Prozesse bezeichnet, die eine direkte Nachbearbeitung der aufgetragenen Schichten ermöglichen. Somit können die mechanisch-technologischen Bauteileigenschaften direkt nach dem Aufbauprozess angepasst werden. Derzeit ist der realisierbare Bauraum noch stark eingeschränkt und die Eigenschaften der großvolumigen Bauteile noch nicht ausreichend erforscht. Durch die Volumenvergrößerung erhöht sich die Abschmelzleistung. Die Herausforderung des Projekts war, den Qualitätserhalt der Bauteilendeigenschaften sicherzustellen. Die am Markt verfügbaren Fertigungsverfahren ermöglichten bislang keine wirtschaftliche Herstellung.

Vorgehensweise
Um das Projektziel zu erreichen, war ein zweistufiges Vorgehen geplant. In der ersten Stufe wurde eine Laboranlage aufgebaut, mit der eine zielgerichtete Erforschung der Prozesskette ermöglicht wurde. Die zweite Stufe nutzte die Erkenntnisse für die Konzeptionierung und Umsetzung einer Prototypenanlage für großvolumige Ringe im Turbinenbau. Die Prototypenanlage gestattete die Erforschung skalierbarer Prozessführungsansätze. Daraus beantworteten sich ebenfalls praxisrelevante Fragestellungen, wie beispielsweise der thermische Bauteilverzug. Als Ergebnisse lagen nach Projektabschluss die Labor- und die Prototypenanlage vor.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Mit dem Forschungsvorhaben wurde ein erheblicher Beitrag zur Etablierung von HAM-Prozessen für großvolumige Bauteile geleistet. Hier besteht ein sehr großes Marktpotenzial, sowohl für Lohnfertiger als auch für Anlagenhersteller. Großvolumige Bauteile werden insbesondere in der hier anvisierten Branche Turbinenbau benötigt. Neben einer individualisierten Neuproduktion ist eine Ausweitung auf die Ersatzteilbeschaffung möglich.

• FIT AG
• MTE Deutschland GmbH
• Ottmar Buchberger GmbH
• Technische Hochschule Deggendorf