Spannung im 3D-Druck

Lebhafte Diskussionen beim VDI-TUM Expertenforum 2018 © Wenzel Schürmann / TUM Lebhafte Diskussionen beim VDI-TUM Expertenforum 2018. © Wenzel Schürmann / TUM

Lebhafte Diskussionen beim VDI-TUM Expertenforum 2018. © Wenzel Schürmann / TUM

Additive Fertigung – Herausforderungen für die zerstörungsfreie Prüfung – unter diesem Motto fand das VDI-TUM-Expertenforum am 13. September in der Fakultät für Maschinenwesen der TUM statt. Das Heinz Maier-Leibnitz Zentrum, vertreten durch Dr. Ralph Gilles von der TU München, und die VDI-Gesellschaft Materials Engineering, Fachbereich Werkstofftechnik, vertreten durch Dr. Achim Eggert, führten zusammen mit dem VDI Fachausschuss 101 bereits zum siebten Mail das VDI-TUM Expertenforum durch.

Zu den additiven Fertigungsverfahren zählt auch der 3D-Druck. Mit dessen Hilfe werden komplexe Bauteile auf Basis von computergenerierten Datenmodellen aus formlosen Ausgangsmaterial aufgebaut. Diese besondere Art der Bauteilherstellung und die damit verbundene Designfreiheit stellen eine große Herausforderung für die Prüftechnik und die Prozesskontrolle dar.
Die Referenten stellten beim Forum sowohl Beispiele mit unterschiedlichen Ausgangsmaterialien wie Metalle, Kunststoffe und Keramiken als auch diverse Prüftechniken mit Röntgen, Neutronen, Ultraschall und optischen Verfahren (u. a. auch anhand von Künstlicher Intelligenz) vor. Darüber hinaus zeigten sie neue Prüfverfahren auf, die z. B. Gestaltänderungen während des Herstellungsprozesses erlauben.

Prof. Peter Dr. Müller-Buschbaum, Wissenschaftlicher Direktor der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München, und Dr. Achim Eggert begrüßten die rund 80 Teilnehmer und gaben einen Ausblick zu die Themen der Veranstaltung.

Neun Experten von Firmen wie dem Prüfsystemhersteller Yxlon aber auch wissenschaftlichen Instituten wie dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik sprachen zurPrüfung und Qualitätssicherung additiv gefertigter Bauteile. Dass auch Neutronen additiv gefertigte Materialien untersuchen können, zeigte Fabian Bayerlein vom Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der TU München. Er hatte in Zusammenarbeit mit der Firma MTU Aero Engines AG eine Probe aus einer Nickelbasislegierung gefertigt, wie sie zum Beispiel in Gasturbinen eingesetzt werden. Um die Spannungen im Material, die ohne äußere Last auftreten und schlimmstenfalls zum Versagen des Bauteils führen können, zu untersuchen, führte er vergleichende Messungen durch: eine mit Röntgen, eine Bohrlochmessung und eine Neutronenmessung am Instrument STRESS-SPEC des MLZ. Die Ergebnisse der Neutronendiffraktometrie zeigten hohe Eigenspannungen in dem additiv gefertigten Bauteil. „Diese müssen wir beherrschen“, sagte Bayerlein.

Während der Podiumsdiskussion – geleitet von Prof. Dr. Gerd Witt – und in Einzelgesprächen nutzten die Teilnehmer die Gelegenheit Fragen zu stellen oder eigene Problemstellungen mit den Referenten zu diskutieren.

Das Fazit der Experten: „Die Technologie muss soweit verbessert werden, dass tiefere Einblicke und höhere Auflösungen in der Zukunft möglich sind!“ Darüber hinaus wurde stark auf die Notwendigkeit der richtigen Parameterwahl hingewiesen um so mit dem Kunden im Vorfeld die gewünschten Ziele – in Bezug auf den gewünschten Output bzw. die Methode – zu klären. Die Herausforderung bei den additiven Fertigungsprozessen liegt in der kontinuierlichen Fehlersuche zur Verbesserung, denn bei gleicher Bauweise kann es immer wieder zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen.

Im Anschluss an die Veranstaltung öffnete die Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) die Türen für interessierte Teilnehmer des Expertenforums. Während dieser Führung konnten die Besucher sich allgemein über den FRM II informieren und gezielte Fragen stellen zu den Neutronen als Sonde für die zerstörungsfreie Prüfung.