Wie könnte die Bauteilfertigung der Zukunft aussehen und welchen Beitrag leistet die Metallographie bei der Etablierung und Gestaltung neuer Fertigungstechnologien?

In den letzten drei bis vier Jahrzehnten hat sich die additive Fertigung (Additive Manufacturing, AM) als Fertigungsverfahren in der Forschung und teilweise bereits im industriellen Umfeld etabliert. Der Weltmarkt wird bis Ende 2024 auf 25 Milliarden US-Dollar geschätzt und soll bis 2029 auf beeindruckende 202 Milliarden US-Dollar anwachsen. Im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren birgt AM dabei das Potenzial, Designansätze durch eine bisher nicht gekannte Geometriefreiheit neu zu denken, Produktions- und Prozessketten zu verschlanken und damit insgesamt zur Steigerung von Innovationskraft, Effizienz und Nachhaltigkeit beizutragen.

Industriell etabliert ist AM bisher jedoch nur in Nischen und für spezielle Werkstoffe, gewinnt aber in vielen Bereichen zunehmend an Bedeutung. Stähle als Werkstoff haben dabei aufgrund ihrer Legierungsvielfalt und ihrer jeweils maßgeschneiderten Anwendungseigenschaften ein enormes Potenzial und sind aus dem Maschinenbau nicht wegzudenken. Im Kontext der Transformation konventioneller Fertigungsketten zu AM stellt die Verfügbarkeit von Vormaterial in geeigneter Form bereits häufig einen Engpass dar. Zudem führen die komplexen und schroffen thermischen Randbedingungen der AM-Prozesse auf mikrostruktureller Ebene zu einer ebenso komplexen Gefügeausbildung. Diese ist bisher nur unzureichend verstanden und mündet teilweise in der Ausbildung von Defekten. Das Ergebnis sind Mikrostrukturen, deren Eigenschaften deutlich von denen konventioneller Fertigungsverfahren abweichen. Dies hemmt die Verbreitung der AM zusätzlich. Insbesondere im Kontext der Metallographie steigt dadurch die Relevanz einer adäquaten Gefügecharakterisierung.

Am Beispiel von austenitischen, ferritisch-austenitischen und martensitischen Stählen soll in diesem Vortrag beschrieben werden, wie AM-Mikrostrukturen charakterisiert und verstanden werden können. Dazu wird die Gefügeentwicklung entlang der Prozessketten mit verschiedenen Methoden analysiert, innovative fertigungs- und werkstofftechnische Ansätze vorgestellt und daraus (metallographische) Herausforderungen für AM-Mikrostrukturen und deren Entwicklung abgeleitet. Dies verdeutlicht die immense Bedeutung der Materialwissenschaft für die kontinuierliche Weiterentwicklung additiver Fertigungstechnologien sowie deren industrielle Etablierung.