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Die generative Fertigung stellt eine Schlüsseltechnologie der Zukunft für weite Teile der Wirtschaft dar. Der Prozess des Plasma-Pulver-Auftragschweißens soll eine Lücke im bestehenden Portfolio an generativen Prozessen schließen. Zunächst wurde der klassische Beschichtungsprozess an die Erfordernisse der generativen Fertigung angepasst. Im Ergebnis konnten Bauteile, welche aus bis zu vier verschiedenen Materialen bestehen können, prozesssicher generiert werden. Die anschließende Betrachtung des Einflusses der Systemparameter auf das Bauteil ergab, dass die Haupteinflussgrößen auf die Bauteilgeometrie die Schweißstromstärke, die Schweißgeschwindigkeit, der Pulvermassestrom sowie die Plasmagasmenge sind. Die Bauteildichte sowie der Pulverausnutzungsgrad zeigen keine signifikanten Änderungen innerhalb des hier betrachteten Bereiches. Im Mittel konnte eine relative Bauteildichte von 98,7 % und ein Materialausnutzungsgrad von 77 % bestimmt werden. In Summe ist der Prozess durch eine stabile Auftragscharakteristik mit mindestens vergleichbaren Eigenschaften zu bestehenden Systemen zu bewerten und sehr gut als generativer Prozess, insbesondere für die Herstellung von mehrkomponentigen Bauteilen, geeignet. / Additive manufacturing is one of the key technologies of the future for large parts of the economy. The process of plasma powder deposition welding is intended to close a gap in the existing portfolio of generative processes. First, the classical cladding process was adapted to the requirements of additive manufacturing. As a result, components, which can consist of up to four different materials, could be reliably generated. The subsequent consideration of the influence of the system parameters on the component showed that the main influencing variables on the part geometry are the welding current, the welding speed, the powder flow rate and the plasma gas volume. The component density as well as the powder utilization rate show no significant changes within the range considered here. On average, a relative component density of 98.7 % and a material utilization rate of 77 % could be determined. In sum, the process can be characterized by a stable application characteristic with at least comparable properties to existing systems and is very well suitable as an additive manufacturing process, especially for the production of multi material components.

Neuartige funktionsbedingte Bauteilgeometrien in geringen Stückzahlen lassen sich mit verschiedenen Methoden der additiv, generativen Fertigung, populärwissenschaftlich 3D- Druck genannt, effizient herstellen. Für den Konstrukteur solcher Bauteile bedeutet dies ebenfalls neuartige Methoden als bisher anzuwenden. Bauteilgeometrien, die hinsichtlich einer Zielgröße optimiert sind, können mit der Topologieoptimierung auf Basis eines FE- Modells rechnerisch ermittelt werden. Während die Topologieoptimierung schon seit längerem bekannt und etabliert ist, war die durchgängige Nutzung einer gemeinsamen Datenbasis häufig durch Hindernisse geprägt. Im vorliegenden Artikel werden die heutigen Möglichkeiten anhand des FE-Systems ANSYS aufgezeigt und hinsichtlich des effizienten praktischen Einsatzes bewertet. / Innovative function-related component geometries in small quantities can be produced efficiently with different methods of additive, generative manufacturing, in a popular science known as 3D printing. For the designer of such components it also means to use other methods as usual. Component geometries optimized regarding to a target size can be calculated using topology optimization based on a FE model. While topology optimization has been known and established for a long time, the consistent use of a common database was often characterized by obstacles. In this article today's possibilities are shown with the FE system ANSYS and evaluated with regard of the efficient practical use.

In this investigation, the fabrication of functionally graded structures of SS316L to Ni-based alloys were studied, using the novel technique 3D plasma metal deposition. Two Ni-based alloys were used, a heat resistance alloy Ni80-20 and the solid-solution strengthened Ni625. Different configurations were analyzed, for the Ni80-20 a hard transition and a smooth transition with a region of 50% SS316L/50% Ni80-20. Regarding the structures with Ni625, a smooth transition configuration and variations in the heat input were applied. The effect of the process parameters on the geometry of the structures and the microstructures was studied. Microstructure examinations were carried out using optical and scanning electron microscopy. In addition, microhardness analysis were made on the interfaces. In general, the smooth transition of both systems showed a gradual change in the properties. The microstructural results for the SS316L (both systems) showed an austenite matrix with δ-phase. For the mixed zone and the Ni80-20 an austenite (γ) matrix with some M7C3 precipitates and laves phase were recognized. The as-built Ni625 microstructure was composed of an austenite (γ) matrix with secondary phases laves and δ-Ni3Nb, and precipitates M7C3. The mixed zone exhibited the same phases but with changes in the morphology.

Die neuen Fertigungsmöglichkeiten durch die Additive Fertigung ermöglicht es nicht nur topologisch neuartige Bauteile herzustellen, sondern auch Bauteile mit inneren Strukturen zu versehen, die der Bauteilbelastung angepasst sind oder anderen Funktionen Freiräume bieten. Ein Ansatz ist es durchlässige innere Strukturen, z. B. Gitterstrukturen (auch als Lattice Strukturen bezeichnet) einzusetzen und durch die damit geschaffenen großen inneren Flächen eine effiziente Bauteilkühlung zu realisieren. Anhand eines einfachen Beispiels wird durch Simulation und Experiment die Wirkung einer solchen Kühlung gezeigt. Als weiteres Anwendungsbeispiel wird der Einsatz verschiedener innere Strukturen zur festigkeitsgerechten Gestaltung gewichtsoptimierter Bauteile vorgestellt. In beiden Fällen wird die Gestaltung mit Hilfe von FE-Modellen experimentell begleitet. / The new manufacturing possibilities offered by additive manufacturing not only allows to produce topologically novel components, but also enables to provide components with internal structures that are adapted to the component load or offer new possibilities for other functions. One approach is to use permeable internal structures, e. g. lattice structures, to realize efficient component cooling through the large internal surfaces created thereby. The effect of such a cooling is demonstrated by simulations and experiments using a simple example. As a further application example, the use of various internal structures for the strength-oriented design of weight-optimized components will be presented. In both cases the design is experimentally accompanied by FE models.