Additive Fertigung: BAM-Forschung am Werner-von Siemens Centre geht in die zweite Phase

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Die BAM forscht gemeinsam mit Partnern im Werner-von-Siemens Centre an Fertigungs- und Instandhaltungstechnologien für Gasturbinenschaufeln. | Copyright: BAM | Download

Gasturbinen spielen eine entscheidende Rolle in der Energieerzeugung. Dabei sind ihre Effizienz und Nachhaltigkeit von größter Bedeutung: Wenn weniger Brennstoff benötigt wird, um die gleiche Menge an Energie zu erzeugen, werden Treibhausgasemissionen reduziert. Aktuelle Herausforderungen, wie der Verschleiß von Turbinenschaufeln durch Korrosion und harsche Betriebsbedingungen, erfordern innovative Lösungen. Die Projekte zielen darauf ab, durch den Einsatz modernster additiver Fertigungsverfahren und digitaler Lösungen, die Produktivität und Leistungsfähigkeit im Gasturbinenbau zu steigern, die Materialwiederverwendbarkeit zu erhöhen und bisher ungenutzte Potenziale auszuschöpfen.

MRO 2.0: Mensch-Maschine-Interaktion und KI im Fokus

Das MRO 2.0-Projekt konzentriert sich auf die Optimierung des Reparaturprozesses von Gasturbinenschaufeln. Dafür entwickelt das Team automatisierte und digitalisierte Refurbishment-Prozessketten, die Upgrades für hocheffiziente Gasturbinen ermöglichen. Ziel ist es, den Reparaturprozess von Turbinenschaufeln zu automatisieren und zu digitalisieren. Während in der ersten Projektphase Demonstratoren und Anlagen zur Bewertung des Zustands der Turbinenschaufeln, aber auch additive Reparaturverfahren entwickelt wurden, liegt der Schwerpunkt der zweiten Projektphase auf der Überführung der Erkenntnisse in den Produktiveinsatz. Neben den technischen Fragestellungen werden auch arbeitspsychologische Aspekte, wie die Akzeptanz neuer Arbeitsabläufe und Verfahren beleuchtet.

Das BAM-Team konzentriert sich im Projekt vor allem auf neue Prüfmethoden zur Bestimmung der Restwandstärke und zur Bewertung oberflächennaher Schäden. Sie ermöglichen es, den Zustand der gebrauchten Turbinenschaufeln exakt zu analysieren, um dann geeignete Reparaturschritte einzuleiten. Für die Reparaturen werden additive Fertigungstechnologien genutzt. Die BAM entwickelt, bewertet und qualifiziert dazu geeignete Verfahren wie das Lichtbogendrahtauftragschweißen (englisch: Wire Arc Additive Manufacturing), bei dem gezielt zusätzliches Material aufgetragen wird, um beispielsweise während des Betriebs auftretenden Materialabtrag zu ersetzen.

Außerdem entwickeln die Wissenschaftler*innen virtuelle Modelle, sogenannte digitale Zwillinge, vom gesamten Prozess. Mit Hilfe von KI-Algorithmen analysieren sie kontinuierlich Daten zu den Betriebsbedingungen und zum Verhalten der Turbinenschaufeln im Einsatz. So können sie Vorhersagen zur verbleibenden Lebensdauer von Komponenten treffen, proaktiv Wartungsmaßnahmen planen und Ausfallzeiten minimieren.

Am Projekt beteiligt sind zehn Partner, darunter Siemens Energy sowie mehrere Fraunhofer-Institute und die Technische Universität Berlin.

HTA 2.0: Nachhaltige additive Fertigung für Hochtemperaturanwendungen

Im Projekt HTA 2.0 werden nachhaltige additive Fertigungsprozesse und Komponenten für Hochtemperaturbauteile in großen Gasturbinen entwickelt. Es baut auf den erfolgreichen Ergebnissen der ersten Förderperiode auf, in der die Prozessierung von Hochtemperaturwerkstoffen für komplexe Bauteile mittels pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens charakterisiert und effektive Prozessmonitoring-Techniken entwickelt wurden. Hierdurch können zukünftig schon während des Prozesses Bauteilfehler detektiert werden.

Im aktuellen Projekt liegt der Fokus auf schnelleren und effizienteren Prozessen. Die additiven Fertigungsverfahren werden im Kontext einer nachhaltigen Produktentstehung evaluiert, um ökonomisch und ökologisch effizientere Bauteillösungen für den Bereich hoher Einsatztemperaturen in Gasturbinen zu erzielen. Zum Beispiel werden verschiedene Nachbearbeitungsverfahren für additiv gefertigte Bauteile untersucht und weitestgehend automatisiert, um die noch heute großen manuellen und zeitintensiven Bearbeitungsschritte zu ersetzen.

Ein zentraler Forschungsschwerpunkt liegt auf der Steigerung der Wiederverwendbarkeit des Ausgangsmaterials für die additiven Prozesse und der Reduzierung von Materialabfall. Dazu werden Wiederverwertungsstrategien sowohl von Altpulver als auch von konsolidiertem Vollmaterial aus Abfällen, die aus fehlerhaften Bauprozessen und Stützstrukturen stammen, entwickelt und erprobt. Auf diese Weise sollen hohe Werkstoffkosten und die Umweltbelastung verringert werden. Ganzheitliche Lebenszyklusanalysen bewerten die ökonomischen und ökologischen Auswirkungen.

Das Projekt umfasst elf Partner, darunter wissenschaftliche Einrichtungen, Großkonzerne und mehrere KMUs. Die BAM bringt ihre Kompetenzen zur umfassenden Werkstoffcharakterisierung, zum additiven Fertigungsprozess, zur Prozessbeobachtung und Bauteilinspektion sowie zur Bestimmung des Materialverhaltens bei hohen Temperaturen ein.

Weitere Informationen:
https://www.bam.de/Content/DE/Projekte/MRO-2-0/mro-2-0.html MRO 2.0 - Maintenance, Repair & Overhaul – Phase 2
https://www.bam.de/Content/DE/Projekte/laufend/Hochtemperaturanwendungen-2-0/hta-2-0.html HTA 2.0 - Nachhaltige Additive Fertigung für Hochtemperaturanwendungen – Phase 2
https://wvsc.berlin/ Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science Berlin