Inline-Prozesskettenentwicklung für Reparaturverfahren zum Recycling von AMC-Werkstoffen; Teilvorhaben: Inline Prozesskettenentwicklung zum Reparieren von AMC-Werkstoffen sowie Porendetektion mittels aktiver IR-Thermographie zur Prozessüberwachung; Förderprogramm: WIR! - Wandel durch Innovation in der Region

Abstract

Das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein etabliertes additiv-fertigungstechnisches Verfahren, bei dem metallischer Zusatzdraht mittels Lichtbogen abgeschmolzen und schichtweise das Bauteil aufgebaut wird. Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe (AMCs) erweitern die Einsatzmöglichkeiten herkömmlicher Aluminiumlegierungen durch hohe spezifische Festigkeit, Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit sowie geringe thermische Ausdehnung. Diese lassen sich zudem gut recyceln, was im Kontext der Circular Economy wichtig ist. Im vorliegenden Fall besteht der AMC aus dem Aluminiummatrixmaterial AlSi9Mg und Siliziumcarbiden (SiC) als Verstärkungspartikeln mit einer Größe von 30 μm. Für den Einsatz in WAAM-basierten Reparaturprozessen müssen bestehende Gusslegierungen angepasst werden, um Schweißdrähte herzustellen und gleichzeitig die Porenbildung im WAAM-Prozess zu reduzieren. Kombinierte Strategien aus inkrementeller Inline-Umformung und thermischer Nachbehandlung sollen ein homogenes, porenarmes Gefüge mit optimierten mechanischen Eigenschaften erzeugen. Die vorhandene Anlagentechnik, welche im WI+R geförderten Projekt "Mobile Reparaturfabrik" entwickelt wurde, bietet dafür eine geeignete Plattform: Ihre 5-Achs-Bearbeitungsmaschine mit Schnellkopplung erlaubt den flexiblen Einsatz von WAAM-, Bearbeitungs- und Sensorsystemen. Die geschlossene Einhausung sichert die Schutzgasatmosphäre und unterstützt reproduzierbare Prozesse. Vorgesehen ist die Integration eines Umformwerkzeugs, eines IR-thermographiebasierten Sensorsystems zur Defekterkennung sowie einer Nachwärmeeinheit. Vorarbeiten der Partner legten die Basis für das Projekt: ACCESS e.V. entwickelte KI-basierte Defekterkennung und simulationsgestützte Prozessentwicklung, CMMC patentierte Herstellungsverfahren für AMCs mit hohem Partikelgehalt, Metrom brachte Expertise in hybriden 5-Achs-Bearbeitungsmaschinen ein, und die BTU-FES/FHF arbeiteten an IR-Thermographie und hybriden additiven Verfahren. Trotz dieser Entwicklungen existierte bisher kein integriertes System für die mobile Reparatur von AMC-Bauteilen mit geeignetem Drahthalbzeug, was die Grundlage für das vorliegende Projekt bildet.