3D-Drucken mit Leichtmetallen

Im neu errichteten Additive Manufacturing Laboratory am LKR werden komplexe 3D-Bauteile mit dem Fertigungsverfahren WAAM hergestellt. Die notwendigen, WAAM-tauglichen Schweißdrähte aus Aluminium- und Magnesiummaterialien erforschen die LKR-Wissenschaftler bereits seit mehreren Jahren. In der hauseigenen Drahtfertigungsroute werden diese Sonderdrähte entwickelt, gepresst und aufgespult.

Ein Schweißroboter fertigt daraus ein Bauteil, indem er schichtweise den Schweißdraht in mehreren Lagen übereinander legt. Im AM-Laboratory können mit werkstoffspezifischer Prozessführung, einem mehrachsigen Robotiksystem und modernen Brennertechnologien komplexe 3D-Bauteile aufgebaut werden.

»Das LKR ist Vorreiter in der Erforschung und Weiterentwicklung des WAAM-Verfahrens. Der Vorteil liegt darin, dass komplizierte Geometrien bei reduziertem Materialeinsatz und wenig Ausschuss realisiert werden können«, sagt Martin Schnall, WAAM-Experte am LKR. Die LKR-Wissenschaftler verfolgen einen ganzheitlichen Forschungs- und Entwicklungsansatz, um die Drahtwerkstoffe zu verbessern und bessere mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

Der Entwicklungsprozess umfasst die gesamte Wertschöpfungskette. Angefangen von der Legierungsdefinition und -herstellung, über die Drahtherstellung mit Sonderlegierungen, Schweiß- und WAAM-Prozessanpassungen bis hin zu finalen Prototypen und deren werkstoffkundlicher und mechanischer Charakterisierung.

Dr. Stephan Ucsnik, Thematic Coordinator Material Based Design, ergänzt: »Zusätzlich zu den experimentellen Schweiß- und WAAM-Entwicklungen werden im LKR die verwandten Themen FEM-basierende Werkstoff- und Prozesssimulation, Online-Monitoring, Data Management, CAD-CAM-Schnittstelle und Inline-Prozessregelung erforscht.«

Kaltkammer-Druckgießmaschine

Das LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen erweitert sein Gießtechnik-Portfolio um eine Druckgießmaschine. Die voll automatisierte Gießzelle ist mit allen notwendigen Peripheriegeräten ausgestattet: einem Tiegelofen mit einer Schmelzkapazität bis 1.000 Kilogramm Aluminium und 300 Kilogramm Magnesium, einem Lineardosiersystem mit einer Kapazität bis 20 Kilogramm Aluminium und bis fünf Kilogramm Magnesium, einem Sprühgerät, Heiz-/Kühlgeräten sowie einem Entnahme- und Einlegeroboter.

Die Kaltkammer-Druckgießmaschine mit horizontalem Gießaggregat stellt Druckgussbauteile aus Aluminium und Magnesium im semi-industriellen Maßstab her. Mit einer Schließkraft bis 12.000 Kilonewton und einer Formhöhe bis 1.200 Millimetern können Strukturgussbauteile entsprechender Größe gegossen werden. 2019 wurde 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 von additiv gefertigten Werkzeugen und die Verbesserung der Werkzeugstandzeiten einerseits über die Kühlung und andererseits über einen optimierten Sprühprozess.

Von der Schmelze bis zu fertig gezogenen Draht

Nach einjähriger Entwicklungsphase wurde 2017 die neue horizontale Stranggießanlage am LKR Ranshofen in Betrieb genommen. Die maßgeschneiderte Anlagentechnologie wurde von LKR-Wissenschaftlern gemeinsam mit Partnerfirmen im Rahmen des Fördererprojektes ›Baweria‹ entwickelt. Die neue Anlage ermöglicht es, hochwertiges Stangenmaterial aus Sonderlegierungen für das Strangpressen, das direkte Schmieden und auch für die Schweißdrahtherstellung im semi-industriellen Maßstab herzustellen.

Der aktuelle Forschungsfokus liegt auf der Weiterentwicklung der Prozesstechnik, um kundenspezifische Formate herzustellen, die für die direkte Weiterverarbeitung ohne Zwischenschritte – vom Halbzeug zum Fertigprodukt – geeignet sind. Ziel ist es, zum Beispiel von der Schmelze bis zum fertiggezogenen Draht, alle Kernprozesse integriert und dynamisch betreiben zu können. Zusätzlich zur vertikalen Stranggießtechnologie komplettiert die horizontale Stranggießanlage das Portfolio des LKR.