Qualification of additive manufacturing for the production of pressure equipment in process engineering applications – QuAFD

Förderinstitution: AiF/GVT

Projektnummer: 20325 N

Projektbearbeiter: Hoang Minh Vu, M.Sc.

Projektlaufzeit: 01.01.2019 – 31.12.2021

Kurzdarstellung

Additive Fertigungsverfahren, insbesondere das pulverbettbasierte Laser-Strahlschmelzen (PBF-LB/M), ermöglichen die Herstellung komplexer Bauteilgeometrien, die konventionell bisher nur sehr kosten- und/oder zeitintensiv hergestellt oder teilweise überhaupt nicht realisiert werden können.

Die Zielsetzung von QuAFD ist die Erschließung des Laserstrahlschmelzens als additives Fertigungsverfahren zur Herstellung von verfahrenstechnischen Druckgeräten und die dementsprechende Erweiterung des Einsatzspektrums dieser Technologie. Eine grundlegende Voraussetzung hierfür ist das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Geometrie, Werkstoffzustand und Werkstoffeigenschaften. Im Fokus des Projekts liegt daher die Erarbeitung von Korrelationen zwischen Werkstoffzustand und Werkstoffeigenschaften mit dem Ziel, kennwertbasiert Rückschlüsse auf auslegungsrelevante Kenngrößen zu ziehen. Als Werkstoff wird nach Absprache mit dem projektbegleitenden Ausschuss (pbA) im Rahmen des Projektes ausschließlich der austenitische Stahl 316L (1.4404) untersucht.

Die im Projekt erzielten Ergebnisse bilden die Grundlage für die Etablierung von PBF LB/M Verfahren zur Herstellung von Druckgeräten. Dazu wurden für die richtlinienkonforme Fertigung von Druckgeräten entsprechende Handlungsempfehlungen für einen prozesssicheren und wirtschaftlichen Einsatz des PBF-LB/M Verfahrens zur Herstellung von Druckgeräten erarbeitet, die sowohl die Bauteilauslegung als auch die Bauteilprüfung, Risikobeurteilung und Tolerierung der Prozessparameter berücksichtigen. Damit liefert das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Qualifizierung der Additiven Fertigung für die Herstellung verfahrenstechnischer Druckgeräte.

Im Projekt konnten alle wesentlichen Ziele erreicht werden.Anhand der Untersuchungen kann eine Bewertung des Werkstoffzustands und der Werkstoffeigenschaften in Abhängigkeit von Wandungsmerkmalen, wie sie für Druckgeräte vorkommen, durchgeführt werden. Mit Hilfe des DoE konnten zudem wesentliche Effekte auf Werkstoffzustand und Werkstoffeigenschaften ermittelt werden. Desweiteren erlaubt die im Projekt beschriebene Vorgehensweise eine schlanke Qualifizierung eines Fertigungssystems und ermöglicht eine initiale Erhebung einer Datenbasis für die Werkstoff- und Prozessqualifizierung mit geringem Aufwand.