Magnesiumdrähte für die additive Fertigung

Auf der Aluminium zeigt das LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen brandbeständige Magnesiumlegierungen, die nach Entflammen von selbst verlöschen, sowie modifizierte Aluminium- und Magnesiumdrähte für die additive Fertigung.

01. Oktober 2018
Additive Manufacturing (Bild: AIT)
Bild 1: Magnesiumdrähte für die additive Fertigung (Additive Manufacturing (Bild: AIT))

Brandbeständige Magnesiumlegierungen

Bisher war Magnesium für viele Anwendungen nicht geeignet oder erlaubt, da es zu Oxidation neigt und daher leicht entflammbar ist. In einem Forschungsprojekt ist es LKR-Wissenschaftlern gelungen, schwer entflammbare Magnesiumlegierungen zu entwickeln, die im etwaigen Brandfall von selbst verlöschen.

Diese Verbesserung der Brandbeständigkeit konnte durch die Zugabe von Elementen, die das Oxidationsverhalten des Materials positiv beeinflussen, erreicht werden: „Wir forschen vor allem in Richtung calciumhaltige Legierungen, da Calcium günstig und gut verfügbar ist. Um weitere Materialeigenschaften positiv zu beeinflussen und die Legierung auf eine bestimmte Anwendung hin zu optimieren, können wir zusätzlich Elemente aus der Gruppe der Seltenen Erden oder Metalle in die Legierungen einbringen“, so Stefan Gneiger, Wissenschaftler am AIT.

Vorteile der neuen Legierung

• Verbesserte Brandbeständigkeit bei guten mechanischen Eigenschaften

• Zertifizierung: Brandtest nach FAA bestanden

• Kostengünstiger als Legierungen mit vergleichbarer Brandbeständigkeit

• Prozesssichere Verarbeitung

Aufgrund seiner geringen Dichte und seiner hohen spezifischen Festigkeit eignet sich Magnesium für den Einsatz im Mobilitätsbereich, wenn es um Gewichts- und Emissionsreduktion geht – zum Beispiel im Flugzeugbau. Ein mögliches Einsatzgebiet dieser neuen Legierungen sind Arm- und Rückenlehnen von Flugzeugsitzen.

Drahtbasierende additive Fertigung

Durch die Industrialisierung additiver Fertigungsmethoden wächst auch der Anspruch der Anwender an die Materialeigenschaften der Werkstoffe. Das LKR entwickelt deshalb modifizierte Aluminium- und Magnesiummaterialen, die in Drahtform als Standardschweißzusätze oder Sonderlegierungsdrähte hergestellt werden. Diese werden bei der Wire-Arc-Additive-Manufacturing-Technologie für das Rapid Prototyping eingesetzt.

Die Herausforderung besteht darin, die Legierungen so zu kreieren, dass sie den hohen Anforderungen der Prozesse und den erwarteten Eigenschaften der entstehenden Bauteile gerecht werden. Das LKR legt ein Augenmerk auf Legierungen, die ohne teure Legierungselemente auskommen. „Mit dem Schritt der Materialentwicklung von Leichtmetall-Legierungen für die additive Fertigung erschließt sich das LKR ein Forschungsthema mit großem Potential“, erklärt Martin Schnall, Projektleiter „Materialentwicklung für additive Fertigungsprozesse“ am LKR.

Kaltkammer-Druckgießmaschine

Das LKR erweitert sein industrienahes Gießtechnik-Portfolio um eine Druckgießmaschine K-DAK 1100-112. Die vollautomatisierte Gießzelle ist eine Ergänzung der installierten Druckgießmaschine und mit allen notwendigen Peripheriegeräten ausgestattet: einem Tiegelofen mit einer Schmelzkapazität bis 1.000 Kilogramm, einem Lineardosiersystem mit einer Kapazität von fünf bis 20 Kilogramm, einem Sprühgerät, einem Heiz-/Kühlgeräte sowie einem Entnahme- und Einlegeroboter von Kuka.

Die Kaltkammerdruckgießmaschine mit horizontalem Gießaggregat wird Aluminiumdruckgussbauteile mit einem Gussteilgewicht von bis zu 20kg im semi-industriellen Maßstab herstellen. Mit einer Schließkraft von bis zu 12.000 kN und einer Formhöhe von bis zu 1.200 mm können Strukturgussbauteile entsprechender Größe gegossen werden. Im Laufe des Jahres wird die Gießzelle um ein Magnesium-Schmelz- und Dosiersystem erweitert.

Der aktuelle Forschungsfokus am LKR liegt auf der Legierungsentwicklung im Bereich Aluminium und Magnesium als auch auf der Prozessentwicklung und -optimierung. Forschungsvorhaben sind unter anderem die Optimierung der Werkzeugkühlung durch Verwendung additiv gefertigter Werkzeuge und die Verbesserung der Werkzeugstandzeiten einerseits über die Kühlung und andererseits über einen optimierten Sprühprozess.

Horizontale Stranggießanlage

Nach einjähriger Entwicklungsphase wurde 2017 die horizontale Stranggießanlage am Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen in Betrieb genommen. Die maßgeschneiderte Anlage hat das LKR gemeinsam mit Partnern im Rahmen des Fördererprojektes Baweria entwickelt. Die neue Stranggießanlage ermöglicht es, hochwertiges Stangenmaterial aus Sonderlegierungen für das Strangpressen, das direkte Schmieden und auch für die Schweißdrahtherstellung im semi-industriellen Maßstab herzustellen – bei möglichst kurzer Lieferzeit und geringen Kosten.

Der Forschungsfokus liegt aktuell auf der Weiterentwicklung der Prozesstechnik, um kundenspezifische Formate herzustellen, die für die direkte Weiterverarbeitung ohne Zwischenschritte geeignet sind. Ziel ist es, von der Schmelze bis zum fertig gezogenen Draht, alle Kernprozesse integriert und dynamisch betreiben zu können. Zusätzlich zur vertikalen Stranggießtechnologie für Magnesium- und Aluminiumlegierungen komplettiert die horizontale Stranggießanlage das Portfolio des LKR.