Prozessintegriertes Schäumen in der additiven Fertigung von Hybridbauteilen

Ziel des Teilprojekts B02 des SFB/TRR 375 ist die Entwicklung neuer Legierungen auf Aluminiumbasis zur Fertigung von drahtförmigen, schäumbaren Halbzeugen. Solche aufschäumbaren Halbzeuge werden hergestellt, indem Metallpulver mit Treibmittel vermengt wird und das Gemisch anschließend zu Pulverpresslingen kompaktiert wird. Entsprechende Presslinge können durch eine geeignete Steuerung des Temperatur-Zeit-Regimes der Wärmebehandlung gezielt in einen hochporösen Zustand überführt werden. Die so entstehenden Metallschäume zeichnen sich u.a. durch eine bis zu 10-fach niedrigere Dichte im Vergleich zum Massivwerkstoff aus.

Vor dem Aufschäumprozess werden die kompaktierten Presslinge zu Drähten stranggepresst. Diese Drähte werden anschließend im WAAM-Prozess (Wire and Arc Additive Manufacturing) verwendet, um hybride, poröse Bauteile additiv zu fertigen, indem sie durch eine sekundäre Wärmequelle prozessintegriert aufgeschäumt werden. Durch den parallelen Einsatz aufschäumbarer Halbzeuge aus verschiedenen Legierungen sowie mit angepassten Treibmittelgehalten und weiteren Zusätzen, deren Anzahl, Lage und Anordnung innerhalb der Bauteilkontur gezielt eingestellt wird, soll eine dreidimensionale Gradierung der Bauteileigenschaften ermöglicht werden. Eine zentrale Herausforderung besteht darin, die teils gegensätzlichen Anforderungen hinsichtlich Aufschäumvermögen, Umformbarkeit und Schweißbarkeit der aluminiumbasierten Legierung gleichermaßen zu erfüllen.