Vom Pulver zum Hybridbauteil

Motivation und Ziele

Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung von additiven Fertigungstechnologien für komplexe Produkte in variantenintensiver und hochfunktionaler Stahlbauweise. Erfolgsfaktor für die zukünftige wirtschaftliche Anwendung der additiven Fertigung zur Herstellung komplexer Produkte in variantenintensiver Bauweise ist die Kombination hochfunktionaler LAM-Bauteile mit konventionellen Halbzeugen. Neben den Einzelprozessen Legierungsauswahl, Pulverherstellungsprozess bis zur Belichtungsstrategie im Liquid Additive Manufacturing (LAM)-Prozess kommt dem Fügeprozess neben der Prozesssteuerung und -überwachung sowie der Effizienzsteigerung besondere Bedeutung zu. Stahl als hochfester Werkstoff bietet wirtschaftliche Bauweisen, verfügt über weltweite Recyclinginfrastrukturen und hat vergleichsweise niedrige Kosten.

Wissenschaftliche Arbeiten und Lösungsweg

Zunächst wurde eine für Karosserieanwendungen maßgeschneiderte Stahllegierung definiert. Erarbeitet wurde eine auf den Pulververdüsungs- sowie Laserschmelzprozess angepasste Mittelmanganstahllegierung, die im laseradditiv verarbeiteten Zustand vergleichbare Eigenschaften zum klassischen Dualphasenstahl DP800 besitzt und zudem kostengünstige Legierungselemente aufweist. Die Pulverherstellung, der additive Fertigungsprozess, die Wärmebehandlung sowie die Nachbearbeitung wurde für die Anwendung im Labor erarbeitet und in einen industriellen Maßstab hochskaliert. Die laseradditiv gefertigten Stahl-Bauteile konnten durch intelligent kooperierende Roboter mit einen kameragesteuerten Metall-Aktivgas (MAG)-Schweißprozess effizient, werkzeugarm und toleranzausgleichend gefügt werden.

Exponate

B-Säulenfußverstärkung: B-Säulenverstärkung aus im Projekt entwickeltem Mittelmanganstahl. Funktionsintegration: Anbindung Gurtretraktor, Sensoranbindung, Anbindung Gurtendbeschlag.
Variationsmöglichkeit nach Laststufe: Streben, Fußlänge. © Concept Laser

C-Säulenknoten: C-Säulenknoten aus im Projekt entwickeltem Mittelmanganstahl.
Funktionsintegration: Wagenheberaufnahme, Variationsmöglichkeit nach Laststufe: Steifigkeitseinstellung durch Größe des Wabenstrukturbereichs. © EDAG

Schweller mit gefügtem B- und C-Knoten: MAG- und Lasergeschweißtes Hybridbauteil aus additiv gefertigtem B- und C-Säulenknoten mit Peripheriebauteilen des Schwellers. © EDAG