Qualifizierung des Laserstrahl-Auftragschweißens zur generativen Fertigung von Luftfahrtkomponenten

Durch Laserstrahl-Auftragschweißen (LA) kann Material auf geometrisch komplexen Grundformen aufgetragen werden. Darüber hinaus kann der Materialauftrag in genau definierten Toleranzbereichen (eng.: near net shape) erfolgen. Aufgrund dieser Vorteile wird das LA seit über 20 Jahren für die Reparatur und die Instandsetzung sowie für den Verschleiß- und Korrosionsschutz wertvoller Komponenten vorwiegend im Turbinenbau sowie im Werkzeug- und Formenbau eingesetzt. Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des LA hin zu einem generativen Fertigungsverfahren. Drei Voraussetzungen, die das LA in diesem Kontext erfüllen muss, werden im Rahmen der Dissertation behandelt. Diese sind eine signifikante Steigerung der Menge an Material, die pro Zeiteinheit aufgetragen werden kann, eine Verbesserung der Werkstoffeigenschaften durch die Möglichkeit, die Kritikalität von Defekten bewerten zu können sowie die Realisierung von großen Auftragraten bei gleichzeitig großer Geometrietreue. Sowohl große Auftragraten in dem Bereich von 1 bis 10 kg/h (Nickelbasislegierung IN 718) wie auch die Anpassung von Spurbreiten zwischen 2 bis 4 mm während eines Prozesses können technisch durch eine NC-angesteuerte Zoomoptik in Verbindung mit einer koaxialen Pulverzuführung realisiert werden. In Beschichtungsdiagrammen können für die drei Verfahrensparameter Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit und Pulvermassenstrom Prozessfenster beschrieben werden. Ein empirisches Werkstoffmodel wird entwickelt, das einen Zusammenhang zwischen einerseits der Größe und der Häufigkeitsverteilung von Poren und andererseit der Zugfestigkeit des auftraggeschweißten Materials darstellt. Zur Demonstration wird im Rahmen dieser Arbeit ein Verdichterlaufrad (eng.: Blade Integrated Disk, BLISK) generativ durch LA gefertigt.