stahl + eisen 04/2020 Leseprobe

das System noch nicht industrialisiert wurde,
sucht McCallum im noch hohen Stellenwert
traditioneller Herstellungsverfahren.
Er betont aber zugleich, Joule Printing sei
entwickelt worden, „um die Produktion
von Bauteilen zu verbessern, die derzeit aus
Knüppeln, Guss- oder Schmiedeteilen hergestellt
werden.“
Neue Konzepte als Basis
Mit Patenten, die in die 1950er Jahre zurückreichen,
ist auch das Reibschweißen
keine neu erfundene Technologie. Das
Verfahren ist seit über 30 Jahren in der
automatisierten Schweißtechnik etabliert
und erobert sich immer neue Anwendungsgebiete,
unter anderem aufgrund
steigender Anforderungen an die Werkstoff-
und Fügetechnik in der Produktion.
In seiner Anwendung wird Wärme durch
mechanische Reibung zwischen sich relativ
zueinander bewegenden Werkstücken
unter Zufuhr einer Querkraft erzeugt.
Letztere ist dafür zuständig, die
Materialien plastisch zu verschieben und
zu verschmelzen.
Auf dem gleichen technologischen Prinzip
basiert ein neuartiges Konzept für die
additive Fertigung namens „Friction Surfacing
Layer Deposition“ (FSLD), mit dem sich
etwa das Helmholtz-Zentrum Geesthacht
beschäftigt. Eine Kombination aus hohen
Abwärtskräften und Rotation erzeugt dabei
so viel Hitze durch Reibung, dass das hinzugegebene
Material frei fließen kann. Die
Substratschicht wird – analog zum Reibschweißen
– anschließend durch plastische
Verformung des Materials gebildet.
Interessanter Ansatz für Rohlinge
Laut Benjamin Klusemann, Leiter der Abteilung
Solid State Joining Processes beim
Helmholtz-Zentrum Geesthacht, hat das
für die additive Fertigung eingesetzte FSLD
einige Alleinstellungsmerkmale, die es von
herkömmlichen schmelzschweißbasierten
Prozessen abhebt: „Beim FSLD handelt es
sich um einen Festphase-Fügeprozess, bei
dem die Fügepartner nicht global aufgeschmolzen
werden, sondern bei etwa 80
Prozent Schmelztemperatur des niedriger
schmelzenden Fügepartners plastifiziert
und diffusionsbasiert metallisch verbunden
werden.“ Dadurch sei zum Beispiel das
Auftragen von herkömmlich als nicht oder
schwer schweißbar geltenden Legierungen
möglich. „FSLD hat in fast allen Anwendungsfällen
geringe Anforderungen an die
Prozessumgebung und benötigt keine
Schutzgase, keine Abschirmung gegen UV-
Strahlung, sowie keine besondere Vorbereitung
der Fügeoberflächen durch beispielsweise
chemisches Abbeizen“, so Klusemann
Interpretationen des 3D-Drucks
Herkömmliche Verfahren direkter Metallbearbeitung im neuen Gewand
Elektrischer Strom
Rotation und
Druck
Verfestigtes
Bauteil
Widerstandsschweißen / Joule Printing
Reibschweißen / FSLD
Drahtnachschub
Substrat
Materialnachschub
Substrat
Draht
weiter. Allerdings gilt die Gestaltungsfreiheit
der Technologie bisher als stark eingeschränkt.
Die gleichmäßigen Materialeigenschaften
und der hohe Durchsatz
machen sie jedoch für die Herstellung von
Rohlingen interessant – insbesondere für
jene Legierungen, die von Natur aus schwer
schweißbar sind oder nicht mehr in gewünschter
Abmessung als Lagermaterial
zur Verfügung stehen. Auch Reparaturanwendungen
sind ein potenzieller Anwendungsfall.
Incus setzt auf Lithographie
Während die beiden zuvor genannten Verfahren
Metalle direkt bearbeiten, durchlaufen
einige neue, sinterbasierte Verfahren
einen eher sequenziellen Produktionsprozess.
Beispielsweise basiert die Metall-Lithographie
auf dem Kunststoffverfah-
stahlundeisen.de April 2020 17