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20.11.2019 | Additive Fertigung | Nachricht | Onlineartikel

Turbine aus dem 3D-Drucker

Autor:
Nadine Winkelmann
1:30 Min. Lesedauer

Eine maßstabstreue Gasturbine zeigt eindrucksvoll die derzeitigen Potentiale und Grenzen pulverbettbasierter additiver Technologien. Die komplett additiv gefertigte Turbine ist dabei voll funktionsfähig.

Gemeinsam mit der H+E-Produktentwicklung GmbH im sächsischen Moritzburg hat das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden ein skaliertes Modell einer Gasturbine zur Stromerzeugung im Maßstab 1:25 entwickelt. Diese wurde bis auf die Welle komplett mit additiven Verfahren hergestellt. Aus knapp 3000 Einzelteilen, aus denen das Original besteht, wurde durch Bauteiloptimierung sowie Elektronen- und Laserstrahlschmelzen eine Komponentenbaugruppe mit 68 Teilen aus Aluminium, Stahl und Titan. Die Turbine ist dabei voll funktionsfähig. Gleichzeitig wird in einem Bauteil die Kombination von konventionellen Fertigungstechnologien – in diesem Fall Drehen – und additiven Verfahren mit Laser Beam Melting (LBM) und Selective Electron Beam Melting (SEBM) gezeigt.

Fertigungsplanung von entscheidender Bedeutung

Das Fraunhofer IFAM war an der Fertigung des Bauteils sowie der Datenmodifizierung für die technologieangepasste Fertigung beteiligt. Die Gehäusebauteile mit Statorstufen wurden direkt vor Ort im Innovation Center Additive Manufacturing ICAM am Standort Dresden gefertigt. Sie entstanden mittels Electron Beam Melting (EBM) aus dem Werkstoff Ti-6Al-4V in der Anlage Arcam Q20+. Die Turbinenstufen und die übrigen Gehäusebauteile wurden mittels Laserstrahlschmelzen bei H+E gefertigt. Die Fertigungsplanung war besonders wichtig und entsprechend aufwendig, um die richtige Technologie für jedes Bauteil festzulegen. So mussten beispielsweise Genauigkeit und Rauigkeiten der Oberflächen beachtet werden. Auch die Notwendigkeit und Anzahl von Stützstrukturen sowie die Bauteilgröße galt es zu bedenken.

Im Bauteil wird die Kombination verschiedener Werkstoffe, die kommerziell über die jeweiligen Anlagenhersteller verfügbar sind, demonstriert. Nicht alle verarbeiteten Werkstoffe entsprechen dabei den Zielwerkstoffen für Turbinen. Die Beschränkung liegt darin, dass diese Werkstoffe derzeit noch nicht so verarbeitbar sind, um kommerziell angeboten werden zu können.

 

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