Die additive Fertigung von Inconel 718 stellt weiterhin eine der bedeutendsten Fortentwicklungen in Branchen wie Luft- und Raumfahrt sowie Energie dar. Dies liegt hauptsächlich an der einzigartigen Hitzebeständigkeit und Festigkeit der Legierung. Im Gegensatz zur herkömmlichen spanenden Bearbeitung bietet die additive Fertigung von Inconel 718 den Vorteil, Bauteile schichtweise aufzubauen. Diese Fähigkeit ermöglicht die Herstellung von Teilen mit äußerst komplexen Konstruktionen und Geometrien. Allerdings bringen diese komplexen Designs und Geometrien auch spezifische Herausforderungen bei der additiven Fertigung von Inconel 718 mit sich, wie beispielsweise eine verminderte Produktqualität, geringere Effizienz während der Produktion und Probleme im Kostenmanagement. Je mehr Industrien die additive Fertigung mit Inconel 718 zur Herstellung hochwertiger Komponenten nutzen, desto wichtiger wird es, bisher unerkannte Herausforderungen zu verstehen und zu lösen. Dieser Blog beschäftigt sich mit der Lösung der Herausforderungen bei der additiven Fertigung von Inconel 718.
Eine der Herausforderungen bei der additiven Fertigung von Inconel 718 sind die Eigenschaften der Legierung selbst. Inconel 718 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, was zur Bildung spröder innerer Strukturen führt. Zu diesen internen Defekten zählen Risse, Porosität und spröde Phasen. Die Qualität des Inconel-718-Pulvers beeinflusst direkt das Ergebnis der additiven Fertigung, ebenso wie die Pulvermorphologie. Unregelmäßiges und kontaminiertes Pulver gilt als eine der Hauptursachen für Probleme bei der Schichtverbundbildung.
Um die Probleme zu beheben, wird empfohlen, dass Hersteller hochreines Inconel 718-Pulver mit einer spezifischen Partikelgrößenverteilung zwischen 15 und 45 Mikrometern verwenden. Das Vorwärmen der Bauplattform trägt ebenfalls dazu bei, thermische Gradienten und die Gefahr von Rissen zu reduzieren. Lösungsglühen und Auslagern verbessern hingegen die mechanischen Eigenschaften des Bauteils nach der Nachbearbeitung und nach dem Entfernen der spröden Phase, wodurch das Problem der spröden Phase in der additiven Fertigung von Inconel 718 vollständig umgangen werden kann.
Bei der additiven Fertigung von Inconel 718 stellen die Prozessparameter eine weitere große Herausforderung dar. Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Schichthöhe und Abstand der Scanlinien sind Parameter, die spezifisch kalibriert werden müssen, und bereits geringfügige Ungenauigkeiten bei diesen Parametern können zu erheblichen Fehler führen. Beispielsweise kann ein zu hoher Laseranteil zu Überhitzung führen, und eine zu niedrige Scangeschwindigkeit kann eine unvollständige Verschmelzung verursachen. Eine mögliche Lösung hierfür ist der Einsatz intelligenter Systeme, die Simulationen und variable Tests vor der eigentlichen Produktion für die Hersteller ermöglichen. Wie es bei der modernen additiven Fertigung von Inconel 718 der Fall ist, erlauben Echtzeit-Überwachungswerkzeuge anderer fortschrittlicher Fertigungssysteme die Verfolgung von Parametern und definieren ein Maß an Präzision für die Schichten. Diese quasi-automatisierte adaptive Steuerung der Schichten wird durch die Echtzeitanalyse der Parameter sowie die vorgegebene Kontrolle der Parameter durch die Bediener unterstützt. Der additive Fertigungsprozess von Inconel 718 kann zudem durch präzise, kleinskalig angelegte Bauteilversuche verbessert werden, die spezifische Parameter definieren.
Eine der Hauptaufgaben bei der additiven Fertigung von Inconel 718 besteht darin, die Produktqualität sicherzustellen. Während der Herstellung additiv gefertigter Bauteile sind innere Fehler wie Mikrorisse und Porosität äußerst schwer zu erkennen. Herkömmliche Qualitätsinspektionsverfahren eignen sich kaum für komplexe, aus Inconel 718 additiv gefertigte Teile. Um diesem Problem entgegenzuwirken, sollten fortschrittlichere zerstörungsfreie Prüfverfahren wie die Computertomographie (CT) und Ultraschall-Scanning-Verfahren integriert werden. Diese Verfahren ermöglichen die Detektion innerer Fehler und stellen sicher, dass das Bauteil die erforderlichen Qualitätsstandards erfüllt. Zusätzlich hilft die Implementierung eines vollständigen Datennachverfolgungssystems dabei, den additiven Fertigungsprozess von Inconel 718 zu dokumentieren. Dieses systematische Vorgehen unterstützt die Nachverfolgung von Prozessdaten und Inspektionsresultaten. Diese vorbeugende Maßnahme gewährleistet, dass Fehler in zukünftigen additiven Fertigungsprozessen von Inconel 718 nicht erneut auftreten.
Die Nachbearbeitung bei der additiven Fertigung von Inconel 718 ist sehr kritisch und muss verstanden werden, da sie mit Herausforderungen verbunden ist. Es ist zu beachten, dass Bauteile präzise nachbearbeitet werden müssen, um Stützstrukturen zu entfernen, die Oberflächen zu bearbeiten und eine Wärmebehandlung durchzuführen. Das Entfernen von Stützstrukturen aus komplexen Inconel-718-Bauteilen ist schwieriger und zeitaufwändiger und erhöht zusätzlich die Gefahr einer Beschädigung des Bauteils.
Stützstrukturen können mit Schnittstellen konstruiert werden, um die Nachbearbeitung zu vereinfachen. Beispielsweise können Stützstrukturen mit dünnen „Stiften“ ausgelegt werden, die leicht entfernt werden können. Oberflächen von mittels additiver Fertigung hergestellten Inconel-718-Bauteilen können mithilfe automatisierter Systeme wie robotergestütztem Schleifen einheitlich nachbearbeitet werden. Angepasste Wärmebehandlungsverfahren zur Nachbearbeitung reduzieren die Eigenspannungen bei der additiven Fertigung von Inconel 718, verbessern die mechanischen Eigenschaften und vermeiden zusätzliche Wärmeeintrag.
Die Vorteile der additiven Fertigung mit Inconel 718 in mehreren präzisen Industrien sind immens, und die Herausforderungen, denen diese Branchen gegenüberstehen, werden den Umfang der Implementierung bestimmen. Die Überwindung von Herausforderungen beim Materialeinkauf durch Investitionen in hochwertiges Pulver, Wärmebehandlung und die Optimierung von Prozessparametern mittels intelligenter eingebetteter Sensoren, die Entwicklung von zerstörungsfreien Prüf- und Rückverfolgbarkeitssystemen für die Prozesssteuerungsebenen sowie die Automatisierung der Nachbearbeitung werden die Arbeit für diese Industrien vereinfachen. Zukünftige Technologien, die strategische und automatisierte Prozesskontrolle integrieren, werden die Verarbeitung bei der additiven Fertigung mit Inconel 718 verbessern. Die rasche Implementierung solcher konzipierten Systeme würde es diesen Industrien ermöglichen, fortschrittliche additive Fertigungsverfahren mit Inconel 718 durchzuführen und komplexe Bauteile herzustellen. Dies würde die präzisen Industrien in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt sowie Energie voranbringen.
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