Qualitätssichere Skalierbarkeit des WAAM-Prozesses zur Herstellung von Luftfahrtstrukturkomponenten (QuSAM)

Ti-Al6-V4 (Ti-64) ist eine der am häufigsten verwendeten Legierungen in der Luft- und Raumfahrt. Strukturteile werden aktuell aus massiven Halbzeugen gefräst bei einem Zerspanungsgrad von bis zu 96 %. In Hinblick auf Nachhaltigkeit und Ökoeffizienz stehen deswegen effizientere Prozesse hier im Fokus der Luftfahrtindustrie. Zudem steigt die Nachfrage nach Ti-64, sodass die Steigerung der Ökoeffizienz von Ti-64 zukünftig umso wichtiger wird.

Eine vielversprechende Möglichkeit hierbei ist die drahtbasierte additive Fertigung mittels Lichtbogen (WAAM). Mit dieser Technologie wird nicht nur die Bearbeitungszeit und der Energieaufwand verringert, sondern auch der Materialverlust ist je nach Bauteilgeometrie auf 7 – 20 % reduziert. Im Gegensatz zu SLM- oder EBM-Prozessen ist es zudem möglich, mit höheren Auftragsraten zu produzieren und deutlich größere Geometrien abzubilden. Ein weiterer Vorteil ist die Einsparung weiterer Bearbeitungsschritte, wie z.B. dem heißisostatischen Pressen (HIP).

In dem vorhergehenden Projekt REGULUS wurde der Einfluss grundlegender Prozessparameter, wie zum Beispiel der Schweiß- und Drahtvorschubsgeschwindigkeit herausgearbeitet. Auch die Zwischenlagentemperatur hat sich als wichtiger Einflussfaktor auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften herausgestellt. Das Forschungsprojet QuSAM knüpft hier an und zielt darauf ab, die aus REGULUS gewonnenen Erkenntnisse auf großvolumige Bauteile mit komplexen Geometrien zu übertragen und den Prozess weiterzuentwickeln. Hierzu werden in Zusammenarbeit mit der TU München und den Firmen HEGGEMANN AG und verlinked GmbH Prüfkörper mit unterschiedlichen Parametern und Prozessgasen hergestellt. Die Untersuchung der Skalierbarkeit erfolgt anhand von quasistatischen und zyklischen Tests, sowie der Analyse der entstehenden Mikrostruktur mittels REM, EBSD, TEM und APT. Um die Projektziele zu erreichen, wird angestrebt, einen digitalen Zwilling des Prozesses zur Qualitätsregelung und –optimierung zu erstellen.

Das Forschungsprojekt QuSAM wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert (Förderkennzeichen 20Q2121F).