Zusammenfassung:

Seit 2015 werden am INR additive Fertigungsverfahren untersucht. Das Pulverbettverfahren Selective Laser Melting (SLM) wurde für die Herstellung von filigranen und dünnwandigen Bauteilen angewendet, primäre Materialeigenschaften von > 90% wurden demonstriert i.V. zum Walzstahl. Jedoch unterliegt diese Technologie prozessspezifischen Limits, z.B. eine relativ geringe Auftragsrate sowie Begrenzun-gen in den Abmessungen, derzeit unter 0.5 m² Bauplattformfläche x 0.5 m Bauhöhe.

Daher wurde in 2017 damit begonnen, das Freiraumverfahren "Kaltgasspritzen" in Kombination mit Fräsen für eine Anwendung in thermisch hochbelasteten Komponenten jenseits 1 m² Oberfläche zu untersuchen. Ziele sind z.B. die Herstellung von First Wall relevanten Komponenten für die Kernfusion aber auch Anwendungen in anderen Technologiefeldern z.B. Receivern von thermischen Solaranlagen (Solarturm) ist denkbar. Kaltgasspritz-Prozesse besitzen eine etwa zehnmal höhere Auftragsrate von Pulvermaterial als z.B. pulverbettbasierte 3D-Druckprozesse wie SLM. Auch sind Abmessungen von Bauteilen deutlich jenseits der Grenzen von SLM-Prozessen ohne große technologische Hürden machbar.
Eine am INR in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Hermle entwickelte innovative Prozesskette besteht aus mehreren Schritten:

i) Fräsen von Kanalstrukturen in einen 3D-Substratkörper,

ii) Laserstrukturieren des Kanalgrundes (z.B. zur Herstellung von Pfeilstrukturen oder sog. Dimples zur Turbulenzsteigerung),

iii) Kaltgasspritzen zum additiven Verschließen der Kanäle und schließlich

iv) Diffusionsschweißen (HIP) zum Fügen einer im Betrieb drucktragenden Deckplatte.

Diese Prozesskette bietet großes Potential zur Kostenreduktion i.V. zu anderen (konventionellen sowie additiven) Verfahren.
Im Seminar werden die additiven Fertigungsprozesse Selective Laser Melting sowie Kaltgasspritzen in Kombination mit Fräsen dargestellt, Vor- und Nachteile erläutert und anhand von Beispielen Kriterien aufgezeigt wann welcher additive Herstellungsprozess (Pulverbett- oder Freiraumverfahren) optimal eingesetzt werden kann.