Ausgangslage:
Der toolcraft AG lagen zum Zeitpunkt des Starts des Projektvorhabens noch keine Erkenntnisse zur Verarbeitbarkeit der Materialkombination von Edelstahl 1.4301 als Grundmaterial und M2 1.3343 mittels Laserauftragsschweißen (LMD), z.B. in Hinblick auf Riss und Porenbildung, vor. Im Weiteren bestand die Herausforderung, eine Prozessführung des Materialverbunds zwischen den verschiedenen Werkstoffen herzustellen und diese auch für filigrane Bauteilstrukturen abzubilden.
Ziele:
Das Ziel des Projektvorhabens war die Machbarkeitsanalyse von Material- und Schweißprozessen für Komponenten aus der Konsumgüterindustrie. Die physikalische Aufgabenstellung für beide Werkstoffe war, die Abkühl- und Erstarrungsbedingungen durch geeignete Prozessführung und Parameterwahl so einzustellen, dass ein möglichst feinkörniges äquiaxiales Gefüge erzielt wurde, wodurch bei möglichst großer relativer Dichte die charakteristischen Materialkennwerte erreicht wurden. Sämtliche zur Prozessentwicklung aufgebauten Probekörper wurden materialografisch analysiert und der Parameterraum schrittweise eingegrenzt. Anschließend wurden Härte und Mikrostruktur der verbleibenden Proben analysiert. Zur Ermittlung geeigneter Parameter für Bauteilkonturen wurde die Oberflächenrauheit gemessen. Mit den finalen Parameterkombinationen wurden weitere Proben und Erstmuster gefertigt.
Ablauf:
Zu Beginn beschäftigte man sich mit den LMD-Prozessentwicklungen zur Verarbeitung der Multimaterialkomponenten. Für einen strukturierten Ablauf der Vorversuche wird eine DoE (Design of Experiment) aufgesetzt, z. B. mit Laserparameter (Spot, Belichtungsgeschwindigkeit, Leistung), Prozessparameter (Abstand Düse zu Substrat, Spurabstand, Bahnplanung). Danach erfolgt die CAM-Planung und die Fertigung von Einzelspuren. In Bezug auf die gewählte Prozessroute werden Nachbehandlungsschritte wie metallographische Analysen, Wärmebehandlung, etc. geplant. Anschließend werden Erstmuster gefertigt. Nach einer Sichtprüfung und metallographischer Analyse (Poren, Risse, Härte, Gefüge) wird Schicht für Schicht aufgebaut und ggf. werden die Prozessparameter oder Laserparameter angepasst bzw. der Entwicklungsvorgang iterativ gestaltet. Abschließend stand die Fertigung der neuausgelegten Komponenten an, diese wurden mit der entwickelten Prozessroute gefertigt und qualifiziert.
