Internationales Forschungsprojekt in Kooperation mit dem brasilianischen CIT SENAI
Die metallbasierte Additive Fertigung mittels Lichtbogen gewinnt im industriellen Einsatz zunehmend an Bedeutung. Die hohe Auftragsrate ermöglicht die Fertigung großvolumiger Bauteile mit komplexen Formen und flexiblen Designmöglichkeiten.
Aufgrund der Neuheit des Prozesses fehlen jedoch standardisierte Testverfahren, mit denen sich neue Materialien beispielsweise hinsichtlich ihrer Rissanfälligkeit während der Verarbeitung qualifizieren lassen.
Risstest-Geometrie und Inline-Überwachung in Schmelzbadnähe bei WAAM
Im Rahmen eines CORNET-Projekts wurde in Kooperation mit dem CIT SENAI in Brasilien die Rissanfälligkeit beim Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) sowohl experimentell als auch digital untersucht. Ziel war es, eine Methodik zu entwickeln, mit der sich Risse an einem Testbauteil beurteilen lassen und mit der sich die mögliche Rissbildung im Prozess überwachen lässt.
In Deutschland wurde hierfür durch eine Finite-Elemente-Simulation des Schweißprozesses eine Benchmark-Geometrie erforscht. Die brasilianischen Partner entwickelten auf Basis der Simulationsergebnisse eine Inline-Überwachung zur Detektion von Rissen während des Aufbaus.
Das Fraunhofer IPK hat ein innovatives Risskriterium entwickelt und erfolgreich in die Schweiß-Struktursimulation integriert. Aufbauend darauf haben wir eine spezifische Geometrie zur Bewertung von Werkstoffen im Wire-Arc-Additive-Manufacturing-(WAAM)-Verfahren entworfen und mittels Simulation optimiert. Abschließend erfolgte die Fertigung eines Probekörpers, der umfassend metallografisch validiert wurde.
Mit diesem Vorgehen verbinden wir unser tiefgreifendes Know-how aus der klassischen Schweißtechnik mit modernster Schweißsimulation. So treiben wir die Entwicklung zukunftsfähiger, belastbarer Materialien und Bauteile voran. Damit schaffen wir verlässliche Grundlagen für die digitale Transformation der Produktionstechnik und stärken die Wettbewerbsfähigkeit unserer Partner.
Das Projekt „Untersuchung der Rissanfälligkeit und Inline-Überwachung des WAAM Prozesses mit digitalen Methoden" wird im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Dieses IGF Vorhaben 01|F00365C / P1716 der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wird am Fraunhofer IPK, Berlin, durchgeführt.
Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik