LaSPAM - Neuartige Nachbearbeitung von Ermüdung und Wasserstoffbeständigkeit von Additive Manufacturing Flugzeugmaterialien

Projekt: Foschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

In den letzten zwei Jahrzehnten haben Additive Manufacturing (AM)-Technologien den Konstrukteuren von Flugzeugsystemen und Komponentenherstellern enorme Möglichkeiten geboten. Die beispiellosen Konstruktionskapazitäten von AM führen zu einer signifikanten Verringerung des "Buy-to-Fly"-Verhältnisses, was sich auf die Produktionskosten, die Rohstoffeffizienz und den Triebwerksverbrauch auswirkt, was wiederum zu einer Verringerung der Treibhausgasemissionen führt. Die Zertifizierung der Strukturbauteile für den Einsatz in Flugzeugen, sowohl für Flugzeugstrukturen als auch für Triebwerkskomponenten, wird jedoch durch die unzureichende Leistungsfähigkeit von AM-Materialien im Fertigungszustand unter dynamischen Belastungen erschwert. Die erforderliche Nachbearbeitung von AM in Form von Zerspanung und diversen Wärme-/Druckbehandlungen zur Verbesserung dieser Leistung erhöht die Produktionszeit, die Kosten und den Energieaufwand erheblich.
Aktuelle Studien zeigen, dass das Laser Shock Peening (LSP) als Oberflächenbehandlung und Nachbearbeitungstechnologie einen signifikanten Einfluss auf die AM-Materialeigenschaften ausüben kann, indem es beispielsweise das Ermüdungsverhalten von AM-gefertigtem Titan bis zum 100-fachen erhöht. LSP prägt eine strukturelle Modifikation der Probe ein, von der Oberfläche bis zu einer bestimmten Tiefe (bis zu 10 mm), was eine relevante Veränderung der Materialeigenschaften bewirkt. LSP induziert eine hochenergetische kurzintervallige Stoßwelle in der Oberfläche des Materials bis zu einer bestimmten Tiefe, wodurch die Eigenspannungen und die Oberflächenrauhigkeit deutlich reduziert, die Poren verschlossen und die oberflächliche Mikrostruktur modifiziert werden. Auf diese Weise erhöht LSP die Widerstandsfähigkeit von AM-Materialien im eingebauten Zustand gegen Ermüdung und Wasserstoffinfiltration. Beide Effekte können für Flugzeuganwendungen sehr relevant sein, da das Verhalten unter dynamischen Belastungen die derzeitige Hauptherausforderung bei der Einführung von AM-Bauteilen in Flugzeugsystemen darstellt, während die Wasserstoffinfiltration in einem zukünftigen wasserstoffbetriebenen, klimaneutralen Flugzeugtriebwerk eine große Herausforderung darstellen wird.
LaSPAM plant eine umfassende Studie über den LSP-Effekt auf AM-gefertigte Materialien, die für Flugzeuganwendungen relevant sind:
- Aluminiumlegierung für Strukturkomponenten der Flugzeugzelle und
- Titanlegierung für Zelle und Triebwerkskomponenten
Das Ziel dieser Studie ist die Quantifizierung der Verbesserung der Ermüdungsleistung von Aluminium und der Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung durch LSP sowie die Analyse der Relevanz von LSP als Nachbearbeitungstechnologie für AM-Teile.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende2/08/211/08/22