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Die additive Fertigung gewinnt für industrielle Anwendungen zunehmend an Bedeutung. In diesem Zusammenhang sind Verfahren der Directed Energy Deposition (DED) besonders gefragt, um hohe Aufbauraten zu erreichen. Neben den bekannten laserstrahlbasierten Verfahren hat auch der Elektronenstrahl die industrielle Marktreife erreicht. Das Wire Electron Beam Additive Manufacturing bietet zum Beispiel Vorteile bei der Verarbeitung von Kupferwerkstoffen. In der Literatur wird die höhere Energieeffizienz und die daraus resultierende Verbesserung der CO2-Bilanz des Elektronenstrahls hervorgehoben. Es fehlt jedoch an praktischen Studien mit Messdaten, um das Potenzial der Technologie zu quantifizieren. In dieser Arbeit wird eine vergleichende Ökobilanz zwischen der additiven Fertigung mit Draht und Elektronenstrahl (DED-EB) und der additiven Fertigung mit Laserstrahl und Pulver (DED-LB) durchgeführt. Dazu werden die Ressourcen für die Herstellung ermittelt, ein Testbauteil mit beiden Verfahren hergestellt und der gesamte Energieverbrauch gemessen. Die Umweltauswirkungen werden dann mit den Faktoren Treibhauspotenzial (GWP100), Ozonbildungspotenzial (POCP), Versauerungspotenzial (AP), Eutrophierungspotenzial (EP) abgeschätzt. Es zeigt sich, dass das Wire Electron Beam Additive Manufacturing durch einen deutlich geringeren Energiebedarf gekennzeichnet ist. Darüber hinaus gewährleistet die Verwendung von Draht eine größere Ressourceneffizienz, was zu insgesamt besseren Ökobilanzergebnissen führt.
Additive Fertigungstechnologien wie das Laser-Pulverbett-Verfahren bieten großes Potenzial für die Fertigung von Neu und Ersatzteilen für stationäre Gasturbinen aus Nickelsuperlegierungen wie Inconel 939 (IN939). Um die Integration in bestehende Baugruppen zu ermöglichen und Bauraumbeschränkungen zu überwinden, muss die Prozesskette der additiven Fertigung um geeignete Fügetechniken erweitert werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit dem Schweißen von Inconel 939. Hierbei werden Bleche aus Gussmaterial und der additiven Herstellung mittels Laser im Pulverbett beim Elektronenstrahlschweißen verglichen. Im Fokus der Untersuchung stehen die erreichbare Nahtqualität im Hinblick auf geometrische Unregelmäßigkeiten sowie innere Defekte in Form von Mikrorissen in der Wärmeeinflusszone. Bei der Auswertung der geschweißten Proben zeigen sich keine Unterschiede in der Ausbildung der Nahtform zwischen dem additiv gefertigten Material und dem Gusswerkstoff. Für beide Materialien ließ sich bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten von 20 mm/s die höchste Bewertungsgruppe für Strahlgeschweißte Nähte nach DIN EN ISO 13919-1 erreichen. Unabhängig von der Herstellungsart zeigen beide Materialien eine Zunahme der Rissneigung mit steigendem Vorschub. Das Material aus der additiven Herstellung weist aufgrund seiner Mikrostruktur insgesamt jedoch deutlich weniger Mikrorisse auf, was Potenzial für die Anwendung in der Praxis eröffnet.
In recent years, new solutions have been explored to reduce the weight of components for the automotive, railway, and aerospace industries. For this reason, Carbon Fiber Composites (CFCs) have increasingly replaced metals in products that need to be lightweight. However, due to their poor thermal conductivity, CFCs have limited use in applications requiring efficient heat dissipation. In such applications, conventionally manufactured metal alloys are typically utilized. To address these limitations, a novel approach using a combination of additively manufactured aluminum and CFCs is proposed to exploit the distinct advantages of both materials. These innovative hybrid structures aim to combine good structural and thermal management properties with reduced weight compared to conventionally produced metal products. In this study, additively manufactured aluminum alloy (AlSi10Mg) and short carbon fiber Polyamide 6 composite (sCF-PA6) are utilized to produce metal–polymer pairs using electron beam energy to bond the two materials. Direct irradiation of short CFCs with electron beam leads to polymer degradation. Thus, a novel method “Electron Beam Bonding” for joining CFCs with aluminum alloy in various joint configurations using electron beam technology is demonstrated. This innovative approach presents a promising solution for creating metal–polymer multi-materials for lightweight applications.
Additive manufacturing is becoming increasingly important for industrial production. In this context, directed energy deposition processes are in demand to achieve high deposition rates. In addition to the well-known laser-based processes, the electron beam has also reached industrial market maturity. The wire electron beam additive manufacturing offers advantages in the processing of copper materials, for example. In the literature, the higher energy efficiency and the resulting improvement in the carbon footprint of the electron beam are highlighted. However, there is a lack of practical studies with measurement data to quantify the potential of the technology. In this work, a comparative life cycle assessment between wire electron beam additive manufacturing (DED-EB) and laser powder additive manufacturing (DED-LB) is carried out. This involves determining the resources for manufacturing, producing a test component using both processes, and measuring the entire energy consumption. The environmental impact is then estimated using the factors global warming potential (GWP100), photochemical ozone creation potential (POCP), acidification potential (AP), and eutrophication potential (EP). It can be seen that wire electron beam additive manufacturing is characterized by a significantly lower energy requirement. In addition, the use of wire ensures greater resource efficiency, which leads to overall better life cycle assessment results.
