Qualifizierung des Glattwalzens von additiv gefertigten Bauteilen zur Erzeugung von Funktionsflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493122246

Die Erschließung der additiven Fertigung von ganzen Bauteilen oder einzelnen Komponenten zählt zurzeit zu den wichtigsten Trends in der Fertigungstechnologie und stellt einen schnell wachsenden Sektor dar. Durch den Einsatz der additiven Fertigung ergeben sich neue Möglichkeiten für die Bauteilkonstruktion und es lassen sich Körper herstellen, die durch konventionelle Bearbeitungsverfahren nicht oder nur mit erheblichem Aufwand realisierbar sind. Nachteilig an den Verfahren der additiven Fertigung und speziell dem SLM-Verfahren ist die Notwendigkeit der Nachbearbeitung im Bereich von Funktions- und Passflächen, um geforderte Fertigungstoleranzen und Oberflächengüten erreichen zu können. Dies geschieht häufig durch konventionelle spanende Fertigungsverfahren, wie Fräsen oder Schleifen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll das Glattwalzen als alternatives Verfahren zur Verbesserung der Oberflächengüte additiv gefertigter Bauteile grundlegend untersucht und für diesen Anwendungsfall qualifiziert werden. Die Vorteile des Glattwalzens bestehen darin, dass im Vergleich zu spanenden Verfahren ein geringeres Aufmaß bei der additiven Fertigung möglich ist und durch den Glattwalzprozess neben der Verbesserung der Oberflächenrauheit auch Härtesteigerungen unter Ausnutzung der Kaltverfestigung erreicht werden können. Durch das geringere Aufmaß ist es möglich, die Prozesszeit beim Laserschmelzen zu reduzieren und zudem das relativ kostenintensive Metallpulver einzusparen. Es ergibt sich somit ein großes Potenzial zu effizienten Herstellung von Funktionsflächen durch das Glattwalzen additiv gefertigter Komponenten.Das wissenschaftliche Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung der Grundlagen für eine zielführende Gestaltung der Fertigungskette aus additiver Fertigung und Glattwalzen. Dabei werden in einem ersten Schritt Bauteile aus dem austenitischen Stahl 1.4404 durch selektives Laserschmelzen hergestellt und anschließend die resultierenden Oberflächengüten und Randzoneneigenschaften detailliert analysiert. Dieser Schritt ist notwendig, um die Bauteile im unbearbeiteten Ausgangszustand zu charakterisieren. Das Ziel der darauffolgenden Glattwalzbearbeitung ist es, möglichst gute Oberflächengüten zu erreichen und somit die ansonsten notwendige spanende Nachbearbeitung zu ersetzen. Neben der Glättung der Oberfläche wird der Effekt der Härtesteigerung in der oberflächennahen Randzone untersucht, die üblicherweise nicht im Vordergrund der Glattwalzbearbeitung steht, aber verfahrensbedingt trotzdem messbar auftritt. Zusätzlich ist es geplant, Gefügeänderungen und erreichbare geometrische Genauigkeiten über die gesamte Prozesskette zu analysieren und zu bewerten, um eine hocheffiziente Nachbearbeitung mithilfe des Glattwalzens zu erreichen. Abschließend wird ein Modell zur Simulation des Glattwalzprozesses additiv gefertigter Bauteile erarbeitet, um die erreichbaren Oberflächengüten simulativ vorhersagen und Zeit und Kosten zu sparen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen