Verbundprojekt: Anwendung von Funktionsintegration und Leichtbau mit additiver Fertigung im Musikinstrumentenbau; Teilprojekt: TP2 Funktionsintegration und Leichtbau mit additiver Fertigung im Metallblasinstrumentenbau

Abstract

Der Musikinstrumentenbau aus Buntmetallen mittels Additiver Fertigung (AM – Additive Manufacturing) stellt hohe Anforderungen an die Herstellung selbst. Der pulverbettbasierte Bauprozess PBF (Powder Bed Fusion) ist im vorangegangenen Projekt „Amuse“ mittels Entscheidungsmatrix als am geeignetsten ergründet worden, weist allerdings bei Kupferlegierungen schnell technologische Grenzen im Hinblick des Bau- sowie des Folgeprozesses auf. Das im Projekt „Amuse“ ausgewählte Demonstrator Bauteil einer Schalmei, auch „obere Maschine“ genannt, wurde im dritten Quartal 2023 im aktuellen Projekt in Zusammenarbeit der Partner Voigt und TUBAF hinsichtlich der Luftströmung umkonstruiert. Das neue Design schöpft damit vollständig das Potential der additiven Fertigung im Bereich Kupferlegierungen aus. Das strömungsoptimierte Design mit seiner Freiformflächengestaltung ist somit nur mittels AM herstellbar und stellt an den Bauprozess und seiner Platzierung im Bauraum größte Ansprüche. Die bereits erworbenen Kenntnisse nach Fertigung zweier Demonstratorbauteile aus Kupfer im vierten Quartal 2023 führten perspektivisch zur Bauteilerprobung aus Edelstahl (316L) um Verzug und Supportstruktur zu reduzieren. Die Löteignung sowie die Akzeptanz am Markt musste folgend geprüft und untersucht werden. Neben dem neuen Design wurde eine funktionelle Bauteilerweiterung des Demonstratorbauteils mit der unteren Maschine zu einem Bauteil durchgeführt. Damit wurde neben besserer Bauraumausnutzung der PBF-Anlage erneut der Fertigungsaufwand reduziert. Durchgeführte Rauheitsmessungen zeigten, dass das plasmaelektrolytische Polieren als Postprozess im Mittel zu einer 2,2-fach besseren Oberflächenqualität führt. Die Innenwände-Reibung konnte nur durch erheblichen manuellen Mehraufwand beseitigt werden. Die Lötbarkeit von Edelstahl war sehr gut. Die Spielfähigkeit, also die technische Funktion, war gegeben und auch die Akzeptanz der Musiker war erfreulich gut. Das ansprechende Design und die fehlende Korrosion der Edelstahlkomponenten qualifizieren das Material für eine zukünftige Verwendung. Geklärt werden muss noch, wie wir die Oberfläche noch feiner schleifen und polieren können (Gleitschleifverfahren) damit das Endprodukt in hoher Finish-Qualität geliefert werden kann. Das Thema werden wir in den nächsten Monaten bearbeiten.