Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Modulare Prototypenfertigung mit dem Laser erlaubt schnellere Gasturbinenentwicklung

06.07.2016

Die konventionelle Fertigung neuer Turbinenschaufeln ist zeit- und kostenintensiv, was gerade bei Turbinentests große Verzögerungen bewirkt. In einem gemeinsamen Projekt von Siemens und dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT wurde ein schneller Fertigungsprozess auf der Basis von Selective Laser Melting entwickelt. Zusätzliche Vorteile ergaben sich durch eine neue Prozesskette, bei der die Bauteile modular gefertigt werden.

Im vergangenen Jahr hat Siemens ein neues Brenner-Testzentrum in Ludwigsfelde bei Berlin in Betrieb genommen. Das »Clean Energy Center« spielt eine große Rolle für die Neu- und Weiterentwicklung von Gasturbinen.


Einzeln gefertigte Blatt-Segmente der Leitschaufel für die modulare Prozesskette (Werkstoff: Inconel® 718).

Fraunhofer ILT, Aachen.


Mit neuer modularen Prozesskette gefertigte Leitschaufel (Werkstoff: Inconel® 718).

Fraunhofer ILT, Aachen.

In realitätsnahen Versuchen mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen werden dort verschiedene Turbinenbauteile getestet. Die konsequente Optimierung der Verbrennungsprozesse ist dabei der Schlüssel zu einer höheren Energieeffizienz der Turbinen.

Bei den Versuchen sind einzelne Turbinenteile Temperaturen von 1.500 Grad Celsius und mehr ausgesetzt. Solche Bauteile werden meist aus Superlegierungen im Feingussverfahren hergestellt, was pro Iterationsschleife mehrere Monate dauern kann und mit erheblichen Kosten verbunden ist. Bislang schränkte das die Zahl der möglichen Tests stark ein.

Schnelle Prototypenfertigung mit additivem Laserverfahren

Experten von Siemens und dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen haben jetzt eine laserbasierte Technologie entwickelt, mit der sich Turbinenschaufeln für den Heißgasbereich wesentlich schneller herstellen lassen.

Um den hohen Temperaturen dauerhaft standzuhalten benötigen die Turbinenschaufeln im Inneren komplexe Kühlstrukturen. Gerade bei Prototypen oder Kleinserien mit anspruchsvollen Geometrien hat sich das Selective Laser Melting (SLM) bewährt. Ähnlich wie bei einem 3D-Drucker werden dafür spezielle Legierungen in einem Pulverbett mit dem Laser aufgeschmolzen. Daraus werden dann schichtweise Komponenten aufgebaut.

Am Fraunhofer ILT hat man in den letzten Jahren viel Erfahrung mit den additiven Laserverfahren und Legierungen für hochtemperaturbelastete Bauteile gesammelt. Mit diesem Know-how konnten die Aachener spezielle Prozesse entwickeln, um bei Siemens die relativ großen Bauteile (bis zu 250 mm) mit hoher Maßgenauigkeit und guter Oberflächenqualität zu fertigen.

Neue Fertigungskette mit modularem Aufbau der Turbinenschaufeln

Leitschaufeln sind fest am Gehäuse der Turbine montiert und leiten das heiße Gas auf die beweglichen Laufschaufeln. Die Leitschaufeln bestehen aus zwei massiven Plattformen, und einem Schaufelblatt mit einer filigranen Kühlstruktur. Letztere stellt eine große Herausforderung bei der Fertigung dar, auch bei der Herstellung mit SLM waren zusätzliche Stützen im Inneren nötig.

Mit einer veränderten Prozesskette wurde das Problem jetzt gelöst: Die Plattformen und das Blatt werden dafür getrennt gefertigt und anschließend verlötet. So lassen sich nicht nur die Stützen im Blatt einsparen, sondern auch die Oberflächenqualität verbessern. Am Ende entsteht ein perfektes Bauteil für die nächsten Funktionstests.

Für diese Idee wurden bei Siemens verschiedene Fertigungsschritte optimiert. Nach der Herstellung mit dem Laser werden die Bauteile genau vermessen, nachbearbeitet und anschließend exakt verlötet.

Diese modulare Fertigung von Turbinenschaufeln bietet auch für andere Bauteile ein großes Potential. Einerseits könnten sich so Guss- und SLM-Bauteile verbinden lassen, so dass nur die komplexen oder veränderlichen Bauteile mit SLM zu fertigen sind. Andererseits kann man damit auch schwierige Bauteilgeometrien fertigen, die bislang für das SLM-Verfahren zu groß waren.

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Jeroen Risse
Gruppe Rapid Manufacturing
Telefon +49 241 8906-135
jeroen.risse@ilt.fraunhofer.de

Dr.-Ing. Wilhelm Meiners
Gruppenleiter Rapid Manufacturing
Telefon +49 241 8906-301
wilhelm.meiners@ilt.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen

Weitere Informationen:

http://www.ilt.fraunhofer.de
http://s.fhg.de/mt7

Petra Nolis | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Klarheit für die Industrie: Forscher ermitteln Standzeiten von Schieberwerkzeugen
12.06.2018 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

nachricht Tauchen ohne Motor
05.06.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics