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Beyond Surfaces Nr.3 - Intelligent Material Processing

Wie können kommunizierende Materialien die Industrie verändern, und was haben Flugzeuge und additive Fertigung miteinander zu tun? Das lesen Sie in der neuen Ausgabe unseres Kundenmagazins!

Beyond Surfaces Nr.3 - Intelligent Material Processing

In dieser neuen Ausgabe von BEYOND SURFACES haben wir den Schwerpunkt auf «Intelligent Material Processing» gelegt. Dabei geht es jedoch nicht nur darum, wie wir intelligente Lösungen für Werkstoffe und Oberflächen realisieren, sondern wir wollen Ihnen auch einen Einblick geben in das, was die Zukunft für diese spannende Technologie bereit hält.

Unsere Kunden sehen sich einer Vielzahl an Herausforderungen gegenüber: ständig steigende Nachfrage nach immer leichteren und gleichzeitig stärkeren Werkstoffen; mehr Produktivität und höhere Energieeffizienz; ökologische Nachhaltigkeit und immer knapper werdende Ressourcen. Wir bei Oerlikon helfen unseren Kunden dabei, nachhaltige Lösungen für diese Themen zu finden und bessere Ergebnisse zu erzielen. Und wie wir das machen, lesen Sie im neuen BEYOND SURFACES.

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Oerlikon Mitarbeiter Ludo Bautmans gehört zu jenen Frauen und Männern, die eine ganze Branche verändern

Schon als Student hat sich Ludo Bautmans auf lebenslanges Lernen eingestellt. Dass er eines Tages zu jenen Frauen und Männern gehören würde, die eine ganze Branche verändern, hätte er sich jedoch auch in seinen kühnsten Träumen nicht gedacht. Mit BEYOND SURFACES spricht er darüber, wie Zulieferer und Hersteller in der Turbinenindustrie durch die additive Fertigung herausgefordert werden, und wie Oerlikon sie dabei unterstützt.

Zweieinhalb Jahrzehnte lang hat sich Ludo Bautmans bei Oerlikon Metco mit der Frage beschäftigt, wie man Turbinen noch effizienter machen könnte. Als Leiter der Eldim Forschungsabteilung und Mitglied im weltweiten F&E Team hat er sich schon sehr früh mit dem Thema metallbasierte additive Fertigung (additive manufacturing / AM) auseinander gesetzt. Und er war dann auch von Anfang an dabei, als nach der Übernahme von Metco durch Oerlikon ein eigener Geschäftsbereich »Additive Manufacturing« gegründet wurde. Mittlerweile gehört dem AM-Team bei Oerlikon bereits eine dreistellige Mitarbeiter-Zahl an.

»Nirgendwo sonst könnte es im Moment spannender sein als hier.« Ludo Bautmans, Application Engineering Manager im Geschäftsbereich Additive Manufacturing von Oerlikon, macht eine Handbewegung, die nicht nur sein Büro im niederländischen Lomm umfasst, sondern gleich die ganze Region im Dreiländereck zwischen den Niederlanden, Deutschland und Belgien: »Wir sind im Mittelpunkt des Geschehens! Im Umkreis von nur 100 Kilometern finden sich hier die führenden Protagonisten, wenn es um die Weiterentwicklung der additiven Fertigung geht. Das sind zum Beispiel die Universitäten von Leuven und Aachen, die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik (ILT) und Produktionstechnologie (IPT), das ICTM Aachen, das Aachen Center for Additive Manufacturing, und viele Forscher und Unternehmen im Bereich additive Fertigung, die spezifische Themen wie Elektronik, Anlagenbau und Software bearbeiten. Und wir arbeiten mit allen zusammen, denn wir sind Teil einer langfristig angelegten ›Consortium Studie‹, die sich mit Prozessen, Materialien und Anwendungen für Additive Manufacturing sowie Fragen zu den Themen Produktivität, Wirtschaftlichkeit, Design und Prozessqualität beschäftigt!«

Leichte, komplexe Komponenten sind perfekt für die additive Fertigung geeignet

Die metallbasierte additive Fertigung wird heute vielfach erst in der Entwicklung eingesetzt. Hersteller und Zulieferer sparen sich damit in der Test- und Validierungsphase Zeit und Kosten, denn teure Werkzeuge werden erst für die Serienproduktion benötigt. Doch die additive Fertigung wird ganze Branchen radikal verändern, und dieser Wandel hat bereits begonnen. Bautmans nennt ein Beispiel: »Brennstoffdüsen wurden früher konventionell hergestellt, heute jedoch vielfach schon additiv. Gerade leichte, komplexe Komponenten sind perfekt für AM geeignet – und in Turbinen gibt es jede Menge leichte, komplexe Teile.«

Die Brennstoffdüsen sind für ihn nur der Anfang: »Einige große Zulieferer bauen eigene interne Abteilungen für additive Fertigung auf, oder sie kaufen Start-ups auf. Aber die Technologie entwickelt sich unglaublich schnell, und die Nachfrage nach additiv hergestellten Komponenten wird gerade im Flugzeug- und Energieturbinenmarkt bald so groß sein, dass sie in diesen internen Abteilungen gar nicht mehr befriedigt werden kann. Auch kleinere Zulieferer werden bald additiv fertigen wollen oder müssen, und diese können sich vielfach keine eigenen AM-Abteilungen leisten. Damit ist es nur eine Frage der Zeit, bis sich der Markt für additive Fertigung und damit für Drittanbieter wie Oerlikon öffnet!«

Lage für Lage

Nicht nur die Turbinenhersteller, auch andere Branchen suchen ständig nach neuen Wegen, Komponenten mit mehr Funktionalität zu versehen und ihre Leistung zu erhöhen. Dadurch wird in den meisten Fällen jedoch auch deren Geometrie komplexer – und das führt dazu, dass ihre konventionelle Fertigung schwierig wird, bzw. zum »Flaschenhals« in der Produktionskette werden kann.

Im Gegensatz zur konventionellen Fertigung von Werkstücken, bei der aus einem massiven Block durch Fräsen, Bohren oder Schleifen Material weg genommen wird, bis die gewünschte Form erreicht ist, wird ein Werkstück bei der additiven Fertigung Lage für Lage aufgebaut – für Additive Manufacturing (AM) ist es also unerheblich, wie kompliziert ein Teil ist.

www.oerlikon.com/stories/de/wie-additive-fertigung-ganze-industrien-revolutioniert

www.oerlikon.com/am

Werkstoffe tunen, um das Maximum herauszuholen

Im Gegensatz zum 3D-Druck von Kunststoffkomponenten ist die metallbasierte additive Fertigung wesentlich komplexer. »Da reicht es nicht, sich das Material und einen Drucker zu beschaffen, und dann einfach damit loszulegen!« Als Ingenieur im Additive Manufacturing Geschäftsbereich beschäftigt sich Bautmans mit der Frage, wie das Werkstoff-Portfolio für die Anwendung in der additiven Fertigung modifiziert werden muss, und welches Material für welche Anwendung am besten geeignet ist.

»Das Material bietet Oerlikon ja bereits heute an. Gemeinsam mit meinen Arbeitskollegen, den unabhängigen Forschungsinstituten hier in Aachen und im Rahmen von Projekten der ›Consortium Studie‹ arbeite ich daran, es für die additive Fertigung nutzbar zu machen. Dabei verändern wir die Chemie eines Werkstoffes und seine Parameter – man könnte sagen, wir ›tunen‹ ihn, um für die jeweilige Anwendung das Maximum herauszuholen. Und natürlich beschäftigen wir uns mit den passenden Oberflächenlösungen und Wärmebehandlungen.«

Das alles reicht jedoch noch nicht aus, damit eine additiv gefertigte Komponente den Anforderungen der Turbinenhersteller genügt. Es müssen eine ganze Reihe von Produktionsschritten gemeistert werden, von Anwendungstechnik und Nachbehandlung bis zu Testläufen, Inspektion und Qualitätskontrolle.

Gesamte Prozesskette für eine neue Technologie

»Während meines Studiums hat mir ein Professor erklärt, dass meine Berufswahl bedeute, dass ich mein gesamtes Arbeitsleben lang lernen werde. Und wie Recht er behalten hat! Dank Additive Manufacturing bekomme ich als Ingenieur und Forscher die Chance, von Anfang an bei der Entwicklung einer neuen Technologie dabei zu sein. Das ist unglaublich spannend, und die Geschwindigkeit, mit der sich diese Technologie entwickelt, ist selbst für jemanden wie mich, der mitten drin steckt, atemberaubend«, sagt Bautmans.

Oerlikon Metco verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in metallbasierten Pulvern, während Oerlikon Balzers ein Pionier bei Oberflächenlösungen ist. Gemeinsam bilden sie die gesamte Prozesskette ab, die die additive Fertigung verlangt. »Bald werden wir viele andere Teile für Turbinen additiv fertigen – auch deutlich komplexere Teile und mit viel höherer Geschwindigkeit als in der Vergangenheit – und dann stellt sich für mich nur noch die Frage, wann die traditionelle Fertigung von Additive Manufacturing abgelöst wird«, blickt der Ingenieur in eine nicht allzu ferne Zukunft.

Spezialisiert auf Turbinenlösungen

Der Technologiebereich Eldim bei Oerlikon Metco ist spezialisiert auf die Herstellung und maschinelle Bearbeitung von Turbinenkomponenten. Für Flugzeugtriebwerke werden vorwiegend leichte Dichtungs-Trägerringe und Blechdichtungssegmente aus Nickel, Kobalt und Edelstahl hergestellt. Für industrielle Gasturbinen werden roh gegossene Teile mit nicht konventionellen Technologien bearbeitet – dazu gehören funkenerosive Bearbeitung (ELectro DIscharge Machining) und elektrochemische Bearbeitung (ECM), elektrochemisches Bohren, Hochtemperatur-Vakuumlöten und Diffusionsbehandlungen. So werden die Gehäuse aus Superlegierungen mit Rillen, Taschen, Spitzenhohlräumen und Kühllöchern versehen, welche die Effizienz der Turbinen wesentlich erhöhen.

www.oerlikon.com/de/metco/turbine-components

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