Drahtbasierte additive Fertigung der Luftfahrtlegierung AA2024

Die Aluminium-Kupfer Legierung AA2024 wird dank ihrer hohen Festigkeit (Rp02≈370MPa, Rm≈480MPa) gepaart mit ausreichender Korrosionsbeständigkeit gerne im Flugzeugbau eingesetzt. Als aushärtbare Knetlegierung wird die Legierung durch klassische Umformprozesse wie Walzen, Tiefziehen oder Fräsen verarbeitet. Vor allem für komplexe Komponenten ist der Materialertrag beim konventionellen Fräsen sehr gering. In der Luftfahrtbranche hat sich der Begriff „buy-to-fly ratio“ (BTF) etabliert. Dieser beschreibt das Verhältnis der Masse des Ausgangsblocks vor der Bearbeitung zu der Masse des fertigen Teils. Buy-to-fly-Verhältnisse von 10:1 sind in der Luftfahrtindustrie durchaus üblich, das bedeutet, dass nur 10% des Ausgangsmaterials verwendet werden und der Rest recycelt werden muss. Bei der drahtbasierten additiven Fertigung (waDED, wire-arc directed energy deposition) hingegen sind BTF-Verhältnisse von nahezu 1 möglich. Dies wird durch endkonturnahe Fertigung mit nur minimaler Endbearbeitung durch Fräsen erreicht. Die Aluminiumlegierungen der 2xxx-Klasse gelten grundsätzlich als schwer schweißbar, da sie auf Grund ihrer Legierungszusammensetzung zu Heißrissen neigen. Das Aluminium-Kupfer-System weist, vor allem bei niedrigen Kupfer-Gehalten <3 Gew.-% und in Kombination mit Magnesium, ein großes Erstarrungsintervall auf, welches Heißrissbildung begünstigt. Erst neuere Legierungsentwicklungen wie z.B. AA2219 oder 2319 weisen durch ihr angepasstes Legierungsdesign, d. h. Cu>5,8 Gew.-% und kein Mg, eine erhöhte Schweißeignung auf. Der Einsatz der Legierung AA2024 für die drahtbasierte additive Fertigung ist jedoch auf Grund ihrer weiten Verbreitung in der Luft- und Raumfahrt von großem Interesse. Mögliche Einsatzfelder sind Bauteile mit hohem BTF-Verhältnis, aber auch Ersatzteilproduktion oder Reparaturen an bestehenden Komponenten.