Simsalabim

Motivation

Bisher konzentriert sich die metallische additive Fertigung auf laserbasierte Verfahren, wie zum Beispiel das Laser-Auftragschweißen oder das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen. Diese zeichnen sich durch einen hohen technischen Reifegrad (Technology Readiness Level – TRL) aus, erfüllen aber nicht alle Herausforderungen in Bezug auf Werkstoffe, Geometrien und Produktivität. Sinterbasierte additive Verfahren (Sinterbased Additive Manufacturing, SBAM) bieten einige Vorteile, wie etwa die Möglichkeit zur Verarbeitung schwer schweißbarer Werkstoffe, eine hohe Oberflächengüte sowie hohe Produktionsraten.

Im Gegensatz zu laserbasierten Verfahren, bei denen das Material während des Prozesses aufgeschmolzen wird, erfolgt die Formgebung bei der sinterbasierten additiven Fertigung zunächst ohne Energieeintrag. So werden beispielsweise beim Metal Binder Jetting Bauteile schichtweise aus Pulver aufgebaut; ein organischer Binder, der lokal eingedruckt wird, bewirkt den Zusammenhalt der Metallpartikel. Dabei entsteht ein sogenanntes Grünteil. Durch eine anschließende Wärmebehandlung im Ofen wird der Binder wieder entfernt (Entbinderung). Im Sinterprozess verdichtet sich das Bauteil und erhält seine finalen Eigenschaften, wobei es auch einer geometrischen Schwindung unterliegt.

Nickelbasissuperlegierungen sind Werkstoffe mit strategischer Bedeutung für die Energie- und Transportindustrie und Wasserstofftechnologien. Insbesondere Legierungen mit einem hohen Gehalt der festigkeitssteigernden γ‘-Phase lassen sich nicht mit laserbasierter additiver Fertigung verarbeiten, sind aber auch beim Schmieden oder im Guss herausfordernd. Hier bieten sinterbasierte Verfahren eine vielversprechende Alternative.

Ziele und Vorgehen

Die noch vergleichsweise geringe technologische Reife der SBAM bietet großes Potenzial für den Aufbau einer engagierten Community. Besonders für sächsische Firmen eröffnet sich die Chance, verstärkt von den vorhandenen wissenschaftlichen Kompetenzen zu profitieren, um den Transfer und die wirtschaftliche Nutzung dieser zukunftsweisenden Technologien gezielt voranzutreiben. Aus den technologischen und transferseitigen Herausforderungen hat das Konsortium folgende Ziele abgeleitet:

• Erarbeitung einer Prozesskette zur sinterbasierten additiven Fertigung von Nickelbasislegierungen bis TRL 5: Entwurf, Simulation, Einstellung der Werkstoffeigenschaften, qualitätssichernde Maßnahmen
• Verkürzung der notwendigen Entwicklungszyklen durch effizientere Sintersimulation
• Aufbau und Stärkung eines sächsischen Netzwerks zur sinterbasierten additiven Fertigung

Das Fraunhofer IWS befasst sich im Projekt schwerpunktmäßig mit dem Verfahren des Metal Binder Jettings für Nickelbasierte Legierungen.

Innovation und Perspektiven

Die sinterbasierte additive Fertigung und insbesondere das Binder Jetting gehören zu den am schnellsten wachsenden Technologien innerhalb der Additiven Verfahren. SIMSALABIM bietet Unternehmen eine wissenschaftliche Basis, um Prozesse und Werkstoffeigenschaften besser zu bewerten. Dies erleichtert die Entwicklung maßgeschneiderter Produkte und die Integration der Technologie in die Industrie. Darüber hinaus ermöglicht das Projekt, Bauteile mithilfe von Simulation schnell hinsichtlich ihrer Fertigbarkeit und erreichbarer Toleranzen zu prüfen. Eine bessere Vernetzung der wissenschaftlichen Community mit industriellen Anwendern fördert den Wissenstransfer und hilft, neue Einsatzmöglichkeiten zu erschließen.