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LaSPAM - Novel postprocessing for fatigue and hydrogen resistance of Additive Manufacturing aircraft materials

LaSPAM plant eine umfassende Studie über den LSP-Effekt auf AM-gefertigte Materialien, die für Flugzeuganwendungen relevant sind. 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. Um diese übergeordneten Ziele zu erreichen, wird eine Analyse der Anforderungen in Flugzeugbauteilen sowie eine Definition und Durchführung der spezifischen Testverfahren zur Validierung des LSP-Einflusses auf zuvor definierte KPI durchgeführt.

Kurzbeschreibung

Ausgangspunkt / Motivation

Die Luftfahrtindustrie folgt der EU-Strategie zur Verwendung neuer nachhaltiger Flugkraftstoffe (SAF). Für die österreichische Luftfahrtindustrie ist Wasserstoff einer der wichtigsten SAF, aber die Herausforderung besteht in der Anpassung der Geometrien und Materialien von Flugzeugtriebwerken an den neuen Kraftstoff. Die additive Fertigung bietet die Möglichkeit, neue Geometrien herzustellen, die eine bessere Verbrennung von Wasserstoff ermöglichen. Allerdings verspröden die metallischen Werkstoffe, wenn sie Wasserstoff ausgesetzt werden, wodurch sich ihre Eigenschaften verringern. Andererseits weisen die AF-Bauteile im Allgemeinen eine geringere Ermüdungsbeständigkeit auf, was auf innere Spannungen, Rauheit und innere Porosität zurückzuführen ist. Die Rauheit und Porosität in der Nähe der Oberfläche des Bauteils sind ebenfalls für das Eindringen von Wasserstoff verantwortlich. Eine der Endbearbeitungstechniken, die sowohl die inneren Spannungen beseitigt als auch die Oberfläche verbessert, ist das Laserschockstrahlen. In diesem Projekt wurden die Auswirkungen des Laserschockstrahlens auf die Ermüdungseigenschaften von Aluminium und die Wasserstoffversprödung von Titan 64 untersucht.

Ziel

  • Validierung einer innovative Nachbearbeitungstechnik für verbesserung der Eigenschaften von additive-gefertigten Bauteile in Luftfahrt industrie.
  • Bewertung des Effekts von Wasserstoff auf eine AF-gefertigte Titanlegierung

Inhalt

Das Hauptziel des LaSPAM ist die Bewertung der Fähigkeit der LSP-Technologie zur Verbesserung der Ermüdungs- und Wasserstoffbeständigkeit von Luftfahrt-Werkstoffen, die durch selektives Laser Schmelzen (SLM) hergestellt wurden. Das Hauptziel ist die Erforschung einer umfassenderen und vollständigeren Nachbehandlung von AM-Bauteilen. Das Ziel ist auch die AM-Technologien zu helfen die aktuellen Herausforderungen im Zusammenhang mit den Materialeigenschaften heutiger und zukünftiger Flugzeugkonstruktionen zu überwinden.

Methodik / Vorgehensweise

Die Methodologie enthaltet eine sehr breite Testversuchstudie für beide Aluminium und Titanlegierung. Im Fall des Aluminiums, die Analyse der Rauigkeit, thermischer Spannungen, der Mikrostructur und der Ermüdungseigenschaften vor und nach der LSP-Nachbearbeitung. Im Fall des Titans, der Constant Strain Rate (CSR) Zugfestigkeittest ersetzt der Ermüdungstest, mit zusätzlicher Unterschied dass, die Testmuster vorerst hydrogenisiert werden. In dieser Weise, die Mikrostructure, die Bruchmikrostruktur und die Versprödung sehr umfassend bewertet werden.

Erwartete Ergebnisse

  1. Verbesserung der Ermüdungs- und Wasserstoffbeständigkeit von AM-gefertigten Werkstoffen, Aluminium bzw. Titan, durch eine Oberflächenbehandlung, die die Rauheit verringert, die Oberflächenmikrostruktur verändert und die durch den AM-Prozess verursachten Eigenspannungen kompensiert (kurzfristiges Ziel).
  2. Den Weg zu einer vollständigen Verschmelzung von SLM und LSP in einer einzigen, simultanen Technologie zu ebnen, um eine vollständige Umwandlung des derzeitigen metallurgischen Zustands der AM-Teile (langfristiges Ziel).

Publikationen

Conference_Paper_LaSPAM (pdf, 188.51 kB)

Projektbeteiligte

Förderprogramm: Take Off