Promotion Fachtagung
Promotion Fachtagung „Additive Manufacturing“ ▶ WERKSTOFFAUSWAHL IM METAL ADDITIVE MANUFACTURING Braucht AM neue Werkstoffe? Es wird häufig behauptet, dass generativ hergestellte Werkstücke die identischen Werkstoffeigenschaften besitzen wie konventionell gefertigte. „Doch das muss nicht unbedingt richtig sein“, sagt Ralph Mayer, Sales & Business Manager AM bei der Renishaw GmbH. „Die Eigenschaften des 3D-gedruckten Bauteils liegen in der Hand von Maschinen und ihrer Nutzer“. Autor: Risshu Bergmann, Renishaw „Die Eigenschaften des 3D gedruckten Bauteils liegen in der Hand von Maschinen und ihrer Nutzer“ Bild: Renishaw Additive Fertigungsverfahren überzeugen mit zahlreichen Vorteilen. Nachdem sich Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Kunststoffen bereits seit vielen Jahren etabliert haben, rückt nun das Fertigen aus Metallen bzw. aus Metallpulver stärker in den Fokus. Additiv gefertigte Metallbauteile bestechen unter anderem durch ihr topologisch oder bionisch optimiertes Design. Das begründet die wesentlichen Vorteile des additiven Verfahrens gegenüber der subtraktiven, zerspanenden Fertigung. Dies gelingt inzwischen prozesssicher mit einer Vielzahl an Metallen und Legierungen, zum Beispiel mit Titan, Stahl-, Nickelund Leichtmetalllegierungen. Doch wie sehen ihre Werkstoffeigenschaften im Vergleich zu konventionell hergestellten Halbzeugen aus? Bild: Renishaw Bei klassischen Verfahren erhält der Werkstoff seine Eigenschaften durch das Erschmelzen in einem großen Tiegel, langsames Abkühlen. Beim Additive Manufacturing hat man dagegen einen sehr schnellen Abkühlprozess in einem kleinen Schmelzbad. Das sind physikalisch sehr verschiedene Randbedingungen. Werkstoff für den Prozess optimiert Anhand des Beispiels Werkzeugstahl kann gezeigt werden, dass die Eigenschaften des Halbzeugs oder Bauteils von den Maschinen und deren Nutzer beeinflusst werden. Zudem hat die Auswahl des Pulvers und seiner Zusammensetzung einen Einfluss auf die Eigenschaften. Hier stellt Mayer den Zusammenhang zwischen Werkstoff und dem additiven Fertigungsprozess her und erklärt, warum die chemische Werkstoffzusammensetzung für den Laserschmelzprozess optimiert werden muss. Somit müssen die Werkstoffeigenschaften mittels einem AM-konformen Werkstoffdesign erzielt werden und nicht durch einfache Übernahme der Werkstoffchemie. Hinzu kommt, dass die allermeisten 3D-gedruckten Metallbauteile vor ihrem Einsatz auf einer CNC- Bearbeitungsmaschine weiterbearbeitet oder anderen Nachbearbeitungsprozessen unterzogen werden müssen, ehe sie ihren Einsatzort finden. Daher muss genau geprüft werden, welche Bauteile für AM geeignet sind und welche Kostenvorteile sich ergeben, einschließlich der Nachbearbeitung. Bei Renishaw wird daher der vollständige Prozess der additiven Fertigung für Metallbauteile im Renishaw Solutions Center, Nähe Stuttgart, abgebildet. Von der Beratung über die Konstruktion und Werkstoffqualifizierung bis hin zur Maschine und Nachbearbeitung umfasst das Angebot des Solutions Center alle erforderlichen Schritte für eine erfolgreiche und tragfähige ■ Integration in die Fertigung. Renishaw GmbH www.renishaw.de Spektakuläre, additiv gefertigte Bauteile stellen hohe Erwartungen an den Werkstoff – hier ein Wärmetauscher der Firma HiETA. 30 additive Februar 2020
Promotion Fachtagung „Additive Manufacturing“ ▶ QUALIFIZIERUNG UND VERARBEITUNG NEUER WERKSTOFFE FÜR DIE ADDITIVE FERTIGUNG Individuelle Werkstoff-Lösungen Die Rosswag GmbH zählt mit über 400 unterschiedlichen Werkstofflegierungen und einem über 6000 t umfassenden Lager als Weltmarktführer hinsichtlich der Materialvielfalt im Schmiedebereich. Dieses Know-how treibt auch Rosswag Engineering an, um die Anzahl an verfügbaren und qualifizierten Werkstoffen im Bereich der additiven Fertigung auf Basis von Kundenbedarfen zu erhöhen. Autor: Philipp Schwarz, Rosswag GmbH Bild: Rosswag Prozesskette zur schnellen Materialqualifizierung bei Rosswag Engineering. Wo es für konventionelle Verfahren tausende unterschiedlicher Legierungen gibt, stehen für den SLM-Prozess bisher lediglich eine Handvoll Standardlegierungen bereit. Rosswag Engineering wird hierzu als kompetenter Entwicklungspartner mit komplexen Kundenanforderungen konfrontiert und bietet anschließend über die firmeninterne und ganzheitliche Prozesskette individuelle Lösungen an. So werden meist Werkstoff- und Prozesslösungen für additive Fertigung im Pulverbettverfahren gefordert, welche derzeit noch nicht existieren und auch selten oder unvollständig im wissenschaftlichen Umfeld vorhanden sind. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Rosswag eine umfassende und firmeninterne Materialqualifizierungskette etabliert. Diese ist zum einen in der Lage individuell auf Kundenanforderungen einzugehen, zum anderen ist hier ein starker Fokus auf die Qualifizierungszeit gelegt worden, um in kurzen Intervallen erste Daten zur Projektbewertung liefern zu können. Rosswag Engineering ist es somit durch die umfassenden internen Möglichkeiten gelungen eine Materialqualifizierung innerhalb von vier Wochen zu realisieren. Hierdurch können effektiv Time-to- Market-Zyklen bei den Endkunden beschleunigt werden. Kleine Mengen Pulver Ein wesentlicher Punkt der ganzen Prozesskette setzt zudem bei der Pulvererzeugung an. Ende 2017 wurde ein AU3000 Atomizer der Firma Blue Power GmbH beschafft, um die für die Materialqualifizierungen notwendigen Metallpulver selbst erzeugen zu können. Eine Besonderheit ist hier die Arbeit mit kleinen Mengen an Metallpulvern (< 50 kg). Eine Kleinmenge von 10 bis 15 kg Sondermetallpulver kann, sobald das Rohmaterial verfügbar ist oder im Schmelztiegel individuell zulegiert wird, innerhalb eines Arbeitstages hergestellt und für den SLM- Prozess durch Sieben und Sichten aufbereitet werden. Partikelgrößenverteilung, Partikelform, Fließfähigkeit und andere relevante Parameter werden vor der Verwendung der Metallpulver in den SLM-Anlagen überprüft. Die Möglichkeiten dieser innovativen Prozesskette wurden anhand von Werkstoffen, wie beispielsweise dem 1.7225 bereits erprobt. Zur Bewertung des Werkstoffs nach der Qualifizierung und zur Beurteilung seiner Einsatzfähigkeit wurden im Falle des 1.7225 die erreichten Kennwerte abschließend mit Daten zu konventionellen Verfahren verglichen. Es zeigte sich, dass bei dem hier vorliegenden Werkstoff im Rahmen der Qualifizierung mit konventionellem Halbzeug vergleichbare Kennwerte erreicht werden konnten. Innerhalb weniger Wochen konnte so, von der Metallpulverproduktion bis zur Erprobung additiv gefertigter Testkörper, ein neuer Werkstoff vollständig für die Verarbeitung im LPBF-Verfahren (Laser Powder Bed Fusion) qualifiziert werden. Ermöglicht wurde dies durch die Verwendung kleiner Mengen Metallpulver sowie der Aggregation aller notwendigen ■ Prozessschritte an einem Ort. Rosswag GmbH – Rosswag Engineering www.rosswag-engineering.de additive Februar 2020 31
