SPECIAL Luft- und Raumfahrt den Rissen das Wirbelstromfeld beeinflusst, wodurch die Erwärmung im Werkstoff ausgeprägter ist. Durch eine Wärmebildkamera erfolgt eine Detektion der Risse. Anschließend werden die Schaufeln aufgrund der unterschiedlichen Prozessanforderungen, wie beispielsweise der Schwingungsentkopplung, in einer anderen Prozesszelle digitalisiert. Dafür sind an einem Industrieroboter verschiedene optische Messgeräte montiert, die sich im Messbereich und der Messauflösung unterscheiden. Durch ein Streifenlichtprojektionsverfahren wird zuerst eine Punktwolke der Schaufel erstellt. Rauheit wird optisch bestimmt Profil des Sonderforschungsbereichs 871 Bereiche mit Beschädigungen können mit den zusätzlichen, höher auflösenden Messsystemen aufgenommen werden. Beispielhaft kann ein Low-Coherence-Interferometer die Rauheit der Schaufel optisch bestimmen. Durch den kompakten Aufbau des Interferometers ist das Messen, auch an schwer zu erreichenden Stellen, zerstörungsfrei möglich. Die Daten der verschiedenen Sensoren verarbeitet das Messsystem im Anschluss zu einem gemeinsamen Modell der Schaufel. Die Digitalisierung des Werkstücks ist die Schnittstelle zwischen der realen und der virtuellen Ebene. In der virtuellen Ebene wird mit einer CFD-Simulation die Leistungsfähigkeit errechnet und mithilfe einer Struktursimulation die Restlebensdauer abgeschätzt. Aufgrund der hohen Rechenzeit werden die Simulationen vor dem Reparaturprozess durchgeführt. Zuerst wird die Ist-Leistungsfähigkeit und Ist-Lebensdauer bestimmt. Im Vergleich zur Soll-Geometrie können die Leistungsfähigkeit – und Lebensdauerminderungen durch Schäden an der Schaufel bestimmt werden. Aus einer Simulation der späteren Soll- Geometrie wird abschließend die Steigerung der Lebensdauer und Leistungsfähigkeit berechnet. Die Auswahl des Regenerationspfades berücksichtigt, neben den technischen Kriterien zusätzlich die Kundenwünsche, wie beispielsweise das Einsatzprofil des Triebwerkes. Nach der zustandsbasierten Auswahl des Regenerationspfades wird die Prozesskette in der realen Ebene fortgesetzt. Sollte eine Reparatur nicht möglich oder wirtschaftlich sein, kann die Schaufel als Ausschuss deklariert werden. Wenn eine Reparatur aufgrund der Kundenanforderungen nicht nötig ist, wird die Schaufel direkt als Gutteil deklariert und die Regeneration ist abgeschlossen. Für den Fall, dass der Spalt zwischen Schaufelspitze (Tip) und Triebwerk zu groß ist, ist ein Materialauftrag und eine anschließende Rekonturierung vorgesehen. Dafür muss die Schaufel zuerst vorbereitet werden, indem Werkstoff spanend entfernt wird. Anschließend erfolgt der Aufbau der Der Sonderforschungsbereich (SFB) 871 „Regeneration komplexer Investitionsgüter“ erforscht seit 2010 die wissenschaftlichen Grundlagen der Regeneration: Einerseits werden neue Reparaturverfahren entwickelt, die die funktionalen Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Investitionsgutes wiederherstellen oder, wo möglich, sogar verbessern. Andererseits werden Methoden entwickelt, die den funktionalen Nutzen regenerierter Komponenten und ganzer Investitionsgüter modellbasiert bewerten. Aufgrund dieser modellbasierten Bewertungen werden regelbasiert Entscheidungen über die anzuwendenden Regenerationsverfahren getroffenen. Als Anwendungsbeispiel dienen zivile Flugzeugtriebwerke, da die Module und Komponenten von Triebwerken eine hohe Komplexität hinsichtlich der technischen Wechselwirkungen untereinander sowie zu den Einsatz- und Umgebungsbedingungen aufweisen. Die dabei entwickelten Erkenntnisse und Methoden können auch auf andere komplexe Investitionsgüter, wie stationäre Gasturbinen, Windenergieanlagen und Transformatoren für Schienenfahrzeuge übertragen werden. Schaufelspitze mit der gleichen Gefügestruktur der zu reparierenden Schaufel. Dieses ist notwendig, damit aufgrund des Spannungsgradienten bei unterschiedlichen Gefügestrukturen die Ausbreitung von Rissen reduziert wird. Hierzu wurde ein einkristalliner Laserauftragsschweißprozess entwickelt. Dieser Prozess erfüllt jedoch nicht die geometrischen Anforderungen, weshalb eine spanende Nachbearbeitung erfolgt. Abdrängung wird kompensiert Aufgrund der engen Toleranzen und unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften, wie Härte des Werkstoffs, erfolgt eine automatische Kompensation dieser Einflüsse auf Basis einer magnetischen Lagerung. Diese ermöglicht beispielsweise die Kompensation der Abdrängung durch das Werkzeug und Werkstück. Anschließend werden mit einem Löt/Alitierprozess kleine Risse durch eine Reparaturbeschichtung repariert. Zur Kontrolle der Bauteile werden Inspektionsprozesszellen verwendet. Neben den hier erwähnten Regenerationspfaden ist eine Erweiterung der Prozesskette mit weiteren Pfaden möglich. In der Abbildung auf Seite 100 ist der Aufbau beispielhaft dargestellt. Der Werkstücktransport zwischen den einzelnen Prozesszellen wird von einem mobilen Handhabungssystem (MHS) übernommen. Es besteht aus einer MIR200-Plattform und einem UR10e. Durch integrierte Sensoren ist ein Einsatz in Kollaboration mit Menschen ohne Schutzzäune möglich. Aufgrund des mobilen Roboters können die Prozesszellen flexibel angeordnet und einfach erweitert werden. Durch die neuartigen Reparaturmethoden und der objektiven Befundung sollen Wissenslücken im Bereich der Grundlagenforschung geschlossen werden. Die einzelnen Prozesszellen sowie die Prozesskette werden aktuell in Hannover aufgebaut. Im November 2020 soll die Prozesskette in einem „proof-of-concept“ zum ersten Mal der Öffentlichkeit gezeigt werden. ■ IFW Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen an der Leibniz Universität Hannover www.ifw.uni-hannover.de 102 Oktober 2019
Trumpf: Hitzebeständiger Werkstoff Inconel lässt sich mühelos drucken Gaskompressor-Laufrad für Drohnen aus dem 3D-Drucker ■■■■■■ Auf der Leitmesse für Metallbearbeitung EMO zeigte Trumpf, wie 3D-Druck die Fertigung von hitzebeständigen Materialien verbessert. Diese bestehen oft aus der Nickelbasislegierung Inconel. Inconel hält Temperaturen von bis zu 1000 Grad stand, ohne sich zu verziehen. Zum Einsatz kommt der Werkstoff zum Bei- Rolle, etwa in der Luft- und Raumfahrt oder in der Energiebranche. Mit unseren gezeigten Anwendungen möchten wir Unternehmen aus diesen Bereichen dazu ermutigen, in die Technologie einzusteigen“, sagte Volkan Dügmeci, Mitarbeiter im Branchenmanagement für Luft- und Raumfahrt bei Trumpf Additive Manufacturing. Im Auftrag von Toolcraft hat Trumpf ein Vane, das bei Flugzeugmotoren zum Einsatz kommt, mittels 3D-Druck hergestellt. Gesamtkostenersparnis: 20 Prozent. Bild: Trumpf Internationale Fachmesse für Blechbearbeitung D 05. – 08. NOV. 2019 a STUTTGART Blechbearbeitung im Weltformat Die 14. Blechexpo bildet mit über 1.200 Ausstellern aus ca. 35 Nationen das aktuelle Weltangebot an Produkten und Lösungen für die industrielle Bearbeitung von Blechen, Rohren und Profilen ab. Das praxisnahe Messe-Duo Blechexpo und Schweisstec ist die weltweit einzige Veranstaltung für die komplementären Technologien Blechbearbeitung und Fügetechnik. spiel bei Gasturbinen, Verbrennungsmotoren oder Heizgeräten. Allerdings lässt sich Inconel mit konventionellen Verfahren nur mühsam bearbeiten. Fräswerkzeuge bleiben darin oft stecken, brechen ab oder werden stumpf. Auf der EMO 2019 präsentierte Trumpf, wie sich Bauteile aus Inconel mit 3D-Druck schneller, günstiger und in besserer Qualität herstellen lassen. Gegenüber spanenden Verfahren wie Fräsen oder Drehen verschwendet ein 3D-Drucker nahezu kein Material, da er nur so viel Pulver aufschmilzt, wie es das Bauteil erfordert. Manuelle Nacharbeit ist kaum nötig, wodurch die Werkzeugkosten erheblich sinken. Außerdem erzielt der 3D-Druck eine sehr gute Qualität, da sich komplexe Formen einfach umsetzen lassen. Innenliegende Kühlkanäle, die die Leistung und Lebensdauer der Bauteile steigern, lassen sich einfach herstellen. „Hitzebeständige Materialien spielen in vielen industriellen Branchen eine tragende Der 3D-Drucker Truprint 3000 eignet sich optimal für klassische Anwendungen aus Inconel. Im 40 Zentimeter hohen und 30 Zentimeter breiten zylinderförmigen Bauraum lassen sich mehrere Teile gleichzeitig fertigen. Außerdem verfügt die Anlage über Lösungen zur automatischen Qualitätssicherung, etwa Powder Bed Monitoring oder Melt Pool Monitoring. „In Branchen mit hohen Sicherheitsvorschriften wie der Luft- und Raumfahrt ist das ein wichtiger Mehrwert“, sagte Dügmeci. Da die Fräser schnell verschleißen, entstehen bei der Bearbeitung von Inconel hohe Werkzeugkosten. Teilweise leidet auch die Qualität der Bauteile, da die Fräsmaschine bereits verschlissene Werkzeuge nicht erkennt. Außerdem verschwenden die Hersteller durch die Zerspanung viel Material. ■ Trumpf GmbH + Co. KG www.trumpf.com 5 Blechbearbeitungsmaschinen 5 Trenn- und Umformtechnik 5 Rohr- und Profilbearbeitung 5 Füge- und Verbindungslösungen 5 Blech-, Rohr-, Profil-Halbzeuge Zeitgleich: 7. Schweisstec – Internationale Fachmesse für Fügetechnologie www.blechexpo-messe.de Bäg Veranstalter: P. E. SCHALL GmbH & Co. KG +49 (0) 7025 9206-0 Oktober 2019 103 blechexpo@schall-messen.de
