Foto: Fraunhofer IFAM

Forschung

Fraunhofer IFAM entwickelt Turbine aus dem 3D-Drucker

Das Institut zeigt gemeinsam mit H+E-Produktentwicklung die Potentiale und Grenzen pulverbettbasierter additiver Technologien anhand einer Gasturbine.

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden zeigt gemeinsam mit H+E-Produktentwicklung die Potentiale und Grenzen pulverbettbasierter additiver Technologien anhand einer  Gasturbine. Der Technologiedemonstrator Siemens SGT6-8000 H, ein skaliertes Modell einer Gasturbine zur Stromerzeugung im Maßstab 1:25, wurde bis auf die Welle komplett mit additiven Verfahren hergestellt. Die Komponentenbaugruppe besteht aus 68 Teilen aus Aluminium, Stahl und Titan, die durch Bauteiloptimierung und die Möglichkeiten der Technologien Elektronen- und Laserstrahlschmelzen die knapp 3000 Einzelteile ersetzen, aus denen das Originalbauteil besteht. Die Turbine ist dabei voll funktionsfähig. Gleichzeitig wird in einem Bauteil die Kombination von konventionellen Fertigungstechnologien – in diesem Fall Drehen – und additiven Verfahren mit Laser Beam Melting (LBM) und Selective Electron Beam Melting (SEBM) gezeigt.

Gehäusebauteile mit Statorstufen

Das Fraunhofer IFAM war an der Fertigung des Bauteils sowie der Datenmodifizierung für die technologieangepasste Fertigung beteiligt. Die Gehäusebauteile mit Statorstufen wurden direkt vor Ort im Innovation Center Additive Manufacturing ICAM am Standort Dresden gefertigt. Sie entstanden mittels Electron Beam Melting (EBM) aus dem Werkstoff Ti-6Al-4V in der Anlage Arcam Q20+. Die Turbinenstufen und die übrigen Gehäusebauteile wurden mittels Laserstrahlschmelzen bei der H+E Produktentwicklung GmbH gefertigt.

Einzelbauteile mit minimalem Aufwand verbunden

Die Fertigungsplanung war besonders wichtig und entsprechend aufwendig, um die richtige Technologie für jedes Bauteil festzulegen. Genauigkeit und Rauigkeiten der Oberflächen waren zu beachten. Auch die Notwendigkeit und Anzahl von Stützstrukturen sowie die Bauteilgröße mussten bedacht werden. Die Funktionsfähigkeit des Demonstrators war bei allen Überlegungen Grundvoraussetzung. So müssen sich beispielsweise Welle und Turbinenstufen frei zwischen den Stator-Stufen drehen können und die Einzelbauteile des Demonstrators sollten mit minimalem Aufwand – durch Verschraubung und Aufstecken – miteinander verbunden werden.

Gehäusesegment ohne Stützstrukturen

Die Komponenten wurden mit der Erfahrung der beteiligten Prozess-Experten konstruktiv modifiziert, um für die eingesetzten additiven Fertigungstechnologien „first time right“ fertigen zu können. Dieses Ziel wurde auch erreicht. So konnte das Gehäusesegment aus 316L durch LBM nach den Anpassungen komplett ohne Stützstrukturen gefertigt werden.Im Bauteil wird die Kombination verschiedener Werkstoffe, die kommerziell über die jeweiligen Anlagenhersteller verfügbar sind, demonstriert. Nicht alle verarbeiteten Werkstoffe entsprechen den Zielwerkstoffen für Turbinen. Die Beschränkung liegt darin, dass diese Werkstoffe derzeit noch nicht so verarbeitbar sind, um kommerziell angeboten werden zu können.

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