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Additive Fertigung Lässt sich 3D-gedruckter Stahl schweißen?

Quelle: Hochschule Osnabrück 2 min Lesedauer

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Nicht nur Produkte und Bauteile aus Kunststoff lassen sich in additiven Fertigungsverfahren herstellen, auch mit Metallen wie Stahl kann man drucken. Doch ist additiv gefertigter Stahl schweißbar? Die Promovendin Julianna Posey der Hochschule Osnabrück hat es untersucht.

Die Wärmeeinwirkung beim Schweißen verändert die Mirostruktur des Stahls. Diese Veränderungen hat Julianna Posey in ihrer Promotion untersucht.(Bild: Hochschule Osnabrück)
Die Wärmeeinwirkung beim Schweißen verändert die Mirostruktur des Stahls. Diese Veränderungen hat Julianna Posey in ihrer Promotion untersucht.
(Bild: Hochschule Osnabrück)

Julianna Posey, Promovendin an der Hochschule Osnabrück und der University of Maryland Baltimore County (UMBC), USA untersucht in ihrer Promotion Schweißverbindung aus gegossenem und additiv gefertigtem Stahl. „Mein Fokus sind dabei die Ermüdungserscheinungen des gedruckten Stahls nach dem Schweißen – insbesondere die Mikrostruktur und wie sich diese durch das Schweißen verändert. Denn additiv gefertigter Stahl weist durch seine Herstellungsweise eine andere Mikrostruktur auf“, erklärt die US-Amerikanerin, die für ihre Promotion nach Deutschland gekommen ist. Grund dafür ist der Wärmefluss während der Produktion. Additiv gefertigter Stahl wird in einem Pulverbett hergestellt. 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.

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In einem so neuen Gebiet zu forschen ist für die Ingenieurin besonders spannend: „Durch Ergebnisse und Information in einem so unerforschten Gebiet wird man zu einer Art Spezialistin. Das war am Anfang natürlich erstmal ungewohnt. Aber ich konnte mich immer auf Unterstützung durch meine Betreuer, Prof. Dr. Javad Mola von der Hochschule Osnabrück und Dr. Marc Zupan vom der UMBC, und meine Kollegen verlassen.“ Auch seitens der Industrie gab es Hilfe. So wurden die Proben, die die Promovendin für ihre Versuche benutzt hat, extra von ausgebildeten Schweißern im Volkswagen-Werk in Osnabrück gefertigt.

Schweißverbindung brechen häufig beim additiv gefertigten Stahl

Die Proben wurden verschiedenen Tests, wie beispielsweise Zugproben und Härteprüfung, unterzogen und anschließend analysiert. Dabei experimentierte Posey auch mit und ohne Schweißzusätzen. „Meine Untersuchungen haben gezeigt, dass die Schweißverbindung häufig auf der Seite mit dem additiv gefertigten Stahl bricht. Das zeigt uns, dass wir den Schweißvorgang anpassen müssen und additiv gefertigten Stahl nicht einfach verarbeiten können, wie gegossenen Stahl. Versuche mit Schweißzusätzen haben sich jedoch als vielversprechend erwiesen. Das zusätzliche Material füllt den Schweißspalt und absorbiert Wärme, wodurch die Größe die Wärmeeinflusszone verringert wird.“

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