Gradierte hybride und poröse Strukturen, hergestellt durch additives Schmelzschweißen mit maßgeschneiderten Zusatzwerkstoffen und modifizierter Prozesstechnologie

Im Teilprojekt B04 wird der WAAM-Prozess (wire arc additiv manufacturing) eingesetzt, ein Lichtbogenschweißverfahren zum additiven Generieren von Bauteilen aus drahtförmigen Zusatzwerkstoffen. Im Projekt werden Strukturen durch MIG-Schweißen mit einer Gradierung hinsichtlich des Stoffes, der Struktur und der Eigenschaften hergestellt. Die stoffliche Gradierung erfolgt zunächst durch die Kombination zwischen austenitischem nichtrostenden Stahl (AISI 316L), martensitischem nichtrostenden Stahl (17‑4 PH) sowie den Aluminiumlegierungen AlSi10Mg und AlSi12. Eine strukturelle Gradierung wird durch das Einbringen definierter Porengrößen und ‑verteilung im Material erarbeitet, wobei vor allem der Einflussfaktor Schweißgaszusammensetzung und -menge betrachtet wird. Die Gradierung der Eigenschaftsprofile erfolgt am Mono-Material (17‑4 PH) und wird ebenfalls durch den Einsatz verschiedener Schweißgasmischungen und -mengen, aber auch durch eine Variation des Energieeintrages beim Schweißprozess erforscht. So werden beim ausscheidungshärtenden 17‑4 PH durch Steuerung der Temperaturen die Eigenschaften gezielt verändert, indem die Phasenumwandlungsprozesse gesteuert oder das Kornwachstum beeinflusst werden. Bei der Verwendung der additiven Fertigung für die Herstellung definierter Geometrien aus gradiertem Material besteht die Herausforderung darin, das Zieldesign herstellen zu können und gleichzeitig die Kontrolle der Schmelzmetallurgie zu gewährleisten. Das Projekt B04 erforscht die Möglichkeiten des WAAM-Prozesses hinsichtlich der Herstellung der beschriebenen hybriden und porösen Strukturen und der erzielbaren Eigenschaftsprofile.