Entwicklung eines großflächigen Demonstrators für das Plasma-Metallabscheidungsverfahren (PMD) für die Magnesiumlegierung AZ91
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Frühere Studien haben deutlich gezeigt, dass der Plasma Metal Deposition (PMD)-Prozess auf Titan64 herausragende Bauteileigenschaften erzeugt und gleichzeitig die Vorteile der Additiven Fertigung voll ausschöpft. Das vorliegende Projekt baut auf diesen Erkenntnissen auf und hat das Ziel, zusätzliche Strukturbauteile für die Raumfahrt herzustellen. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf der Verwendung des Leichtmetalls Magnesium, welches hohe Anforderungen an die Verarbeitung stellt.
Zusammenfassung
Der Prozess begann mit einer Machbarkeitsstudie, bei der schrittweise in die technischen Details eingearbeitet wurde, um das angestrebte Ergebnis strukturiert zu erreichen. Als Ausgangspunkt wurde eine Studie über Legierungen auf Magnesiumbasis (AZ91) durchgeführt, um die richtige chemische Zusammensetzung mit den entsprechenden Eigenschaften zu ermitteln. Besondere Aufmerksamkeit galt dabei den mechanischen Eigenschaften und der Korrosionsneigung. Die ausgewählte Legierung wurde in einer Kleinmenge nach höchsten Qualitätsstandards hergestellt und anschließend dem PMD-Prozess unterzogen. Hierbei werden die Drähte schichtweise abgeschmolzen, um einen Probenkörper für die anschließende Charakterisierung zu erzeugen. Anschließend wurden die Auswirkungen des Prozesses auf den Zusatzwerkstoff untersucht und ein Vergleich zwischen den PMD-Bauteilen und den herkömmlichen Aluminiumbauteilen, die dem aktuellen Stand der Technik entsprechen, angestrebt.
Der Projekterfolg hing maßgeblich vom Zusammenspiel aller Partner entlang der Prozesskette ab, angefangen von der Gussproduktion über die Drahtherstellung bis hin zum Schweißen und der abschließenden Charakterisierung. Bei der finalen Aufarbeitung des Projekts lag der Schwerpunkt auf der Bewertung der gesamten Herstellungskette, beginnend beim Rohmaterial bis hin zum Endteil.
Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts gelang es, Schweißdrähte mit einem Durchmesser von 1,6 mm für den PMD-Prozess in höchster Qualität herzustellen. Es wurden Probekörper geschweißt und sowohl Korrosions- als auch mechanische Eigenschaften abgeleitet. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass das additive Bauteil auf einem vergleichbaren Niveau wie das Gussreferenzteil eingesetzt werden kann. Es wurde eine Abschmelzleistung von 280 g pro Stunde für dünnwandige Strukturen und 400 g für dickwandige Strukturen ermittelt. Des Weiteren wurde eine sinnvolle Wärmebehandlung identifiziert. Als abschließendes Ergebnis wurde eine Herstellungsskizze für die kommerzielle Umsetzung in Europa erstellt.
