QuaKoM-3D | Sicherer Einsatz additiv hergestellter Druckgeräte durch verbesserte Qualitätssicherungs- und Konstruktionsmaßnahmen

Drucktragende Bauteile in der Additiven Fertigung 

Drucktragende Bauteile sind Komponenten, die in Strukturen oder Systemen verwendet werden, um äußere Belastungen, Drücke oder Kräfte zu tragen und zu übertragen. Diese Bauteile sind entscheidend für den sicheren Betrieb von verschiedenen Geräten, Maschinen und Anlagen in verschiedenen Branchen, darunter beispielsweise im Maschinenbau, in der Energieerzeugung und im Transportwesen. Das additive Fertigungsverfahren bietet eine besonders hohe Gestaltungsfreiheit, die es geeignet für den Einsatz in drucktragenden Bauteilen, insbesondere bei Wärmetauschern und anderen durchströmten Bauteilen, macht.

Prinzipiell unterliegen Druckgeräte hohen Sicherheitsanforderungen, welche in Europa durch die Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU und den daraus abgeleiteten Normen geregelt werden. Auch weil die Normung für das Fertigungsverfahren aktuell nicht vollständig ist, fallen hohe Kosten für die Qualifizierung von Verfahren und Bauteilen an. Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) setzen die Technologie und ihre Vorteile daher gar nicht oder nur selten ein.

Hier setzt das erfolgreich abgeschlossene Projekt »Qualifizierung der Additiven Fertigung für verfahrenstechnische Druckgeräte (QuAFD)« an, im Zuge dessen Werkstoffzustände und -eigenschaften an (Behälter-) Wänden für den Werkstoff 1.4404 (austenitischer Edelstahl) im Bereich von 1 bis 5 mm Dicke untersucht wurden. Unterschiede zwischen gleichen Fertigungssystemen und Aufbaurichtungen konnten gezeigt und quantifiziert werden. Folgend wurden Gestaltungsregeln und Vorgehensweisen für eine sichere Auslegung abgeleitet. Eine solche Vorgehensweise wurde auch für die Applizierung einer Sollbruchstelle durch eine direkt eingebrachte Oberflächenkerbe gezeigt. 

QuaKoM-3D beschäftigt sich weiterführend mit der Reduktion von Qualifizierungskosten und der Steigerung der Sicherheit von additiv gefertigten Druckgeräten.

Fraunhofer IGCV und TU Darmstadt kooperieren an drei spannenden Themengebieten

Im Rahmen des QuaKoM-3D Projekts arbeitet das Fraunhofer IGCV erneut mit der TU Darmstadt an drei Themengebieten zusammen:

1. Entwicklung von Prüfkörpergeometrien, die speziell an die Besonderheiten beim Laserstrahlschmelzen und die Bedürfnisse für Druckgeräte angepasst sind.
2. Untersuchung der Erkennungsmöglichkeiten stabiler Prozessfenster durch kostengünstiges qualitatives Prozessmonitoring.
3. Funktionsintegration von sicherheitssteigernden Merkmalen. Das Kriterium »Leckage vor Bruch« soll sicher anhand von Auslegungsvorgehensweisen an beliebigen drucktragenden Bauteilen per Design eingebaut werden können.

Gemeinsames Treffen in Darmstadt läutet Ära der Umsetzung ein

Das gemeinsame erste Treffen der Bearbeitenden mit den projektbegleitenden Unternehmen im Juni 2023 in Darmstadt markiert den Projektstart. Die Pläne zur Versuchsdurchführung sind größtenteils ausgearbeitet und werden in den folgenden Monaten umgesetzt.

Robuste und effiziente drucktragende Bauteile erobern die Zukunft

Insgesamt wird die Additive Fertigung dazu beitragen, dass drucktragende Bauteile in der Zukunft leichter, robuster und effizienter werden, was zahlreiche Anwendungsbereiche in verschiedenen Industrien wie Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Energieerzeugung und Medizintechnik revolutionieren könnte. Allerdings sind auch weiterhin Forschung und Entwicklung notwendig, um mögliche Herausforderungen wie Kosten, Materialqualität und Skalierbarkeit zu bewältigen.