3. Fachtagung Werkstoffe und Additive Fertigung
Vortrag
12.05.2022 (CEST)
Entwicklung eines hybriden Heizsystems für die additive Fertigung spröder Materialien
JS

Julian Schurr

Hochschule Aalen

Schurr, J. (V)¹; Bernthaler, T.¹; Goll, D.¹; Schneider, G.¹; Schubert, T.¹; Wilhelm, G.¹
¹Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
Vorschau
17 Min. Untertitel (CC)

Die additive Fertigung (AM) stellt eine Urform-Technologie dar, bei welcher das zu formende Material keiner direkten mechanischen Spannung ausgesetzt ist. Auf diese Weise eröffnet die AM ein Feld an Legierungen, welche bislang auf Grund ihrer mangelhaften Verarbeitbarkeit mittels konventioneller Techniken nur sehr eingeschränkt eingesetzt werden konnten. Stand der Technik bei Weichmagnetkomponenten ist die Herstellung von laminierten Elektroblechen aus FeSi mittels Walzen. Die Ausbildung spröder Phasen limitiert hierbei den Si-Gehalt auf 3-4 Gew.-%. Eine Erhöhung des Si-Gehaltes auf 6,5 Gew.-% bringt eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften (spez. el. Widerstand, Magnetostriktion, Permeabilität). Die AM von FeSi6.5, insbesondere in Form geschichteter Multi-Material-Weichmagnete bietet die Chance, neuartige, hocheffiziente Komponenten für die Energiewandlung aufzubauen. Die Sprödigkeit dieses Materials stellt jedoch auch für die AM eine Herausforderung dar. Die große Temperaturdifferenz zwischen dem bereits aufgebauten Material und dem Schmelzbad führt zu thermisch induzierten Spannungen und daraus resultierend Defekten. Bei der Herstellung von Multi-Material-Komponenten werden zusätzlich Spannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungs-Koeffizienten in die Bauteile eingebracht.
Um die beschriebenen Spannungen auf ein Minimum zu reduzieren, werden Bauplattformheizungen eingesetzt, welche eine Temperierung des Bauteils ermöglichen. Mit zunehmender Bauhöhe wirkt diese Art der Temperierung jedoch weniger zur Verringerung thermisch induzierter Spannungen. Aus diesem Grund wurde ein hybrides Heizkonzept entwickelt, welches eine Kombination aus resistiver Bauplattformheizung (1,6 kW) und IR-Strahlungsheizung (2 kW) darstellt. Auf diese Weise wurde eine Grundtemperatur von > 500°C mit einer zusätzlichen Temperierung der Bauteiloberfläche realisiert. Es konnten rissfreie Probenkörper, sowohl als Mono-, als auch Multi-Material Komponenten aus FeSi6,5-Basismaterial aufgebaut werden. Zusätzlich ermöglicht die Verwendung des hybriden Heizkonzeptes eine Verringerung der Laserleistung, sowie eine Erhöhung der Scangeschwindigkeit, wodurch die Baurate erhöht werden konnte (325 W bei 400 mm/s zu 175 W bei 800 mm/s). Alternativ konnte eine Scangeschwindigkeit von 1200 mm/s bei 325 W erreicht werden.

Abstract

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