Forschung zu additiv gefertigtem Stahl
Warum additiv gefertigter Stahl besondere Aufmerksamkeit erfordert
Wie verhält sich additiv gefertigter Stahl in Kombination mit traditionell hergestelltem Stahl? Wie können sie optimal zusammen verarbeitet werden?
Forschung zu additiv gefertigtem Stahl
Hierzu forscht eine Promovendin der Hochschule Osnabrück. Sie untersucht die Schweißbarkeit von additiv gefertigtem und gegossenem Stahl. Nicht nur Produkte und Bauteile aus Kunststoff können in additiven Fertigungsverfahren wie dem 3D-Druck hergestellt werden. Auch Metalle wie Stahl lassen sich drucken.
Vorteile additiv gefertigten Stahls
Additiv gefertigter Stahl findet bereits vielfältige Anwendung, insbesondere in der Medizintechnik und der Luftfahrt. Die Vorteile sind überzeugend: „Es ist eine hervorragende Möglichkeit, Einzelteile oder Kleinserien kosteneffizient zu produzieren", erläutert Julianna Posey, Promovendin an der Hochschule Osnabrück und der University of Maryland Baltimore County (UMBC), USA.
„Zudem ermöglicht es eine individuelle Fertigung, wie zum Beispiel von Implantaten in der Medizintechnik. Auch Reparaturen können einfacher und kostengünstiger durchgeführt werden, da lediglich die defekte Stelle ausgetauscht werden muss".
Unterschiedliche Herstellungsverfahren führen zu variierenden Mikrostrukturen
Bisher gibt es jedoch nur wenige Studien darüber, wie sich additiv gefertigter Stahl in Kombination mit traditionell hergestelltem Stahl verhält. Posey widmet sich in ihrer Promotion den Schweißverbindungen zwischen gegossenem und additiv gefertigtem Stahl.
„Mein Schwerpunkt liegt auf den Ermüdungserscheinungen des gedruckten Stahls nach dem Schweißen – insbesondere auf der Mikrostruktur und deren Veränderungen durch den Schweißprozess. Additiv gefertigter Stahl weist aufgrund seines Herstellungsverfahrens eine unterschiedliche Mikrostruktur auf", erklärt die US-Amerikanerin, die für ihre Promotion nach Deutschland gekommen ist.
Grund dafür ist der Wärmefluss während der Produktion. Dieses Pulver wird mittels eines Lasers geschmolzen und so Schicht für Schicht das Bauteil oder Produkt aufgebaut. Dabei ist der Wärmeeinfluss sehr unterschiedlich. Daher ist auch die Mikrostruktur zunächst nicht gleichförmig. Erst durch eine anschließende Hitzebehandlung, wird sie gleichförmig und der Stahl kann verwendet werden.
Für die Ingenieurin ist es besonders spannend, in einem so neuen Forschungsfeld tätig zu sein: „Die Ergebnisse und Informationen aus einem so unerforschten Bereich machen einen zu einer Art Spezialistin. Am Anfang war das natürlich ungewohnt. Aber ich konnte stets auf die Unterstützung meiner Betreuer, Prof. Dr. Javad Mola von der Hochschule Osnabrück und Dr. Marc Zupan von der UMBC, sowie meiner Kolleg:innen zählen." Auch aus der Industrie erhielt sie Unterstützung: Die Proben, die Posey für ihre Versuche verwendete, wurden speziell von ausgebildeten Schweißer:innen im Volkswagen-Werk in Osnabrück hergestellt.
Schweißverbindungen brechen häufig bei additiv gefertigtem Stahl
Die Proben wurden verschiedenen Tests unterzogen, darunter Zugproben und Härteprüfungen. Anschließend wurden sie analysiert.
Posey experimentierte sowohl mit als auch ohne Schweißzusätze. „Meine Untersuchungen haben gezeigt, dass die Schweißverbindung häufig auf der Seite des additiv gefertigten Stahls bricht." Das zeige, dass der Schweißprozess angepasst werden muss und additiv gefertigter Stahl nicht wie gegossener Stahl bearbeitet werden kann.
Versuche mit Schweißzusätzen hätten sich jedoch als vielversprechend erwiesen. Das zusätzliche Material fülle den Schweißspalt und absorbiere Wärme, wodurch die Größe der Wärmeeinflusszone verringert wird.
Quelle: Hochschule Osnabrück
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