Ziel der Entwicklung
Mit dem zunehmenden Einsatz additiver Fertigungsverfahren in industriellen Anwendungen gewinnt auch die schweißtechnische Integration additiv gefertigter Bauteile in bestehende konventionelle Baugruppen stark an Bedeutung. Insbesondere im Anlagen-, Maschinen- und Schiffbau sowie in der Energie- und Verfahrenstechnik werden additiv gefertigte Komponenten zunehmend mit klassisch hergestellten Halbzeugen kombiniert. Aus der industriellen Praxis ergibt sich dabei ein klarer Handlungsbedarf, da bislang belastbare, normativ abgesicherte Grundlagen für die Schweißverfahrensprüfung hybrider Verbindungen aus additiv und konventionell gefertigten metallischen Werkstoffen fehlen.
Der Impuls für das Projekt VERAM kam direkt aus der Wirtschaft und aus der schweißtechnischen Beratungspraxis. Anwender, Hersteller und Zertifizierungsstellen sehen sich mit der Frage konfrontiert, ob bestehende Regelwerke, insbesondere die Normenreihe DIN EN ISO 15614, uneingeschränkt auf hybride AM-CM-Schweißverbindungen anwendbar sind oder ob additive Fertigungsprozesse spezifische Einschränkungen, zusätzliche Prüfungen oder angepasste Bewertungsmaßstäbe erfordern. Diese Unsicherheit stellt ein wesentliches Hemmnis für den industriellen Einsatz additiv gefertigter Bauteile dar, da fehlende Regelklarheit zu erhöhtem Prüfaufwand, verlängerten Qualifizierungszeiten und damit zu zusätzlichen Kosten führt.
Ziel des Projekts VERAM war es daher, eine praxisnahe und wissenschaftlich fundierte Grundlage für die Schweißverfahrensprüfung hybrider Verbindungen aus additiv gefertigten und konventionell hergestellten Bauteilen zu entwickeln. Dabei sollte systematisch untersucht werden, welchen Einfluss unterschiedliche additive Fertigungsverfahren, Werkstoffe, Bauteilgeometrien und Fertigungsparameter auf die Schweißbarkeit sowie auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften der resultierenden Schweißverbindungen haben. Im Fokus stand die vollständige Betrachtung der Prozesskette, von der additiven Herstellung der Halbzeuge über verschiedene Schweißprozesse bis hin zur zerstörungsfreien und zerstörenden Werkstoffprüfung.
Ein zentrales Entwicklungsziel bestand darin, gezielt typische additiv bedingte Unregelmäßigkeiten wie Poren, Bindefehler oder anisotrope Gefügestrukturen in die Untersuchungen einzubeziehen und deren tatsächliche Auswirkung auf die Schweißnahtqualität zu bewerten. Auf diese Weise sollte geklärt werden, ob und unter welchen Randbedingungen hybride AM-CM-Verbindungen die normativen Anforderungen an Festigkeit, Zähigkeit und Nahtqualität erfüllen. Gleichzeitig sollten kritische Einflussgrößen, wie beispielsweise Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung der Fügepartner (z. B. Schwefelgehalt bei nichtrostenden Stählen), identifiziert und bewertet werden.
Darüber hinaus verfolgte das Projekt das Ziel, konkrete Handlungsempfehlungen für die industrielle Praxis abzuleiten. Hierzu zählt insbesondere die Bewertung, inwieweit bestehende Schweißverfahrensprüfungen nach geltenden Normen auf hybride Verbindungen übertragbar sind oder ob zusätzliche qualitätssichernde Maßnahmen erforderlich werden. Die Ergebnisse sollten damit einen Beitrag leisten, regulatorische Unsicherheiten zu reduzieren und den Einsatz additiv gefertigter Bauteile in schweißtechnisch relevanten Anwendungen zu erleichtern.
Vorteile und Lösungen
Das Projekt VERAM bietet konkrete technische, organisatorische und wirtschaftliche Vorteile für Anwender, Prüfinstitutionen und Industrieunternehmen, die hybride Schweißverbindungen aus additiv und konventionell gefertigten metallischen Bauteilen einsetzen oder qualifizieren möchten. Zentrale Lösung des Projekts ist die Schaffung einer belastbaren, praxisnahen Bewertungsgrundlage für die Schweißverfahrensprüfung solcher hybriden Verbindungen.
Ein wesentlicher Vorteil besteht in der nachgewiesenen Übertragbarkeit bestehender Normen zur Schweißverfahrensprüfung auf hybride AM-CM-Verbindungen. Die Untersuchungen zeigen, dass die Anforderungen der Normenreihe DIN EN ISO 15614 grundsätzlich auch für die geprüften hybriden Verbindungen aus gleichartigen metallischen Werkstoffen anwendbar sind. Damit entfällt für viele Anwendungen die Notwendigkeit projektspezifischer Sonderprüfungen oder zusätzlicher, nicht normativ abgesicherter Qualifizierungsmaßnahmen. Dies reduziert den Prüfaufwand erheblich und schafft Planungssicherheit für industrielle Anwender.
Darüber hinaus liefert das Projekt konkrete Lösungen im Umgang mit additiv bedingten Unregelmäßigkeiten. Durch die systematische Untersuchung verschiedener additiver Fertigungsverfahren (PBF-LB/M, MEX, DED-LB/M, DED-Arc) konnte gezeigt werden, unter welchen Bedingungen typische AM-spezifische Merkmale wie Poren, Bindefehler oder anisotrope Gefügestrukturen einen relevanten Einfluss auf die Schweißnahtqualität haben. Gleichzeitig wurden Prozessfenster identifiziert, in denen trotz vorhandener Unregelmäßigkeiten normgerechte Schweißverbindungen erzielt werden können. Diese Erkenntnisse ermöglichen eine realistische und risikobasierte Bewertung additiv gefertigter Bauteile vor dem Fügeprozess.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Identifikation kritischer Einflussgrößen beim Schweißen hybrider Verbindungen. Insbesondere der Einfluss unterschiedlicher Schwefelgehalte bei nichtrostenden Stählen konnte als Ursache für Lichtbogenablenkung und daraus resultierende Bindefehler nachgewiesen werden. Das Projekt liefert hierfür konkrete Lösungsvorschläge, etwa durch gezielte Materialauswahl, zusätzliche Werkstoffanalysen (z. B. OES) oder den Einsatz strahlbasierter Schweißverfahren. Dadurch können typische Fehlerquellen frühzeitig erkannt und vermieden werden.
Als Lösung für die industrielle Praxis wurde zudem eine strukturierte Vorgehensweise zur prozessbegleitenden Schweißverfahrensprüfung hybrider Verbindungen entwickelt. Der im Projekt erarbeitete Prüfumfang orientiert sich an bestehenden Normen und kann direkt in betriebliche Qualifizierungs- und Zertifizierungsprozesse integriert werden. Dies erleichtert insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen den Zugang zur additiven Fertigung, da klare und anwendbare Prüf- und Bewertungskriterien zur Verfügung stehen.
Insgesamt trägt VERAM dazu bei, technische Unsicherheiten an der Schnittstelle zwischen additiver Fertigung und Schweißtechnik abzubauen. Die entwickelten Lösungen ermöglichen eine sichere, normkonforme und wirtschaftliche Integration additiv gefertigter Bauteile in bestehende schweißtechnische Anwendungen und leisten damit einen wesentlichen Beitrag zur industriellen Nutzung und Akzeptanz additiver Fertigungstechnologien.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die primäre Zielgruppe des Projekts VERAM sind industrielle Anwender und Organisationen, die hybride Schweißverbindungen aus additiv gefertigten und konventionell hergestellten metallischen Bauteilen einsetzen, qualifizieren oder bewerten müssen. Dazu zählen insbesondere Unternehmen aus dem Anlagen- und Maschinenbau, dem Schiffbau, der Energie- und Verfahrenstechnik sowie der Luft- und Raumfahrt, in denen additiv gefertigte Komponenten zunehmend in bestehende Baugruppen integriert werden.
Eine weitere zentrale Zielgruppe bilden schweißtechnische Dienstleister, Prüfinstitute, Zertifizierungsstellen sowie Hersteller von Schweiß- und additiven Fertigungssystemen. Diese Akteure sind direkt mit der Qualifizierung neuer Fertigungskonzepte befasst und benötigen belastbare, normativ abgesicherte Bewertungsgrundlagen, um hybride AM-CM-Verbindungen in industrielle Regelprozesse zu überführen. Insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen besteht ein hoher Bedarf an klaren, praxisnahen Vorgaben, da fehlende Regelklarheit häufig zu erhöhtem Prüfaufwand und wirtschaftlichen Risiken führt.
Der Zielmarkt ist sowohl national als auch international ausgerichtet. Additive Fertigung und hybride Schweißverbindungen werden weltweit eingesetzt, und die im Projekt betrachteten Normen (u. a. DIN EN ISO 15614, DIN EN ISO 5817, DIN EN ISO 10675) besitzen internationale Relevanz. Die Projektergebnisse sind daher nicht auf den deutschen Markt beschränkt, sondern auf europäische und internationale Anwendungen übertragbar, insbesondere in global agierenden Industriezweigen mit hohen Anforderungen an Qualitätssicherung und Normkonformität.
Anwender profitieren von den Ergebnissen des Projekts VERAM insbesondere durch die Reduzierung technischer und regulatorischer Unsicherheiten. Die nachgewiesene grundsätzliche Anwendbarkeit bestehender Schweißverfahrensprüfungen auf hybride AM-CM-Verbindungen ermöglicht eine vereinfachte Qualifizierung neuer Bauteile und Prozesse. Dadurch können Entwicklungszeiten verkürzt, Zusatzprüfungen vermieden und Kosten reduziert werden. Gleichzeitig erhalten Anwender konkrete Hinweise zu kritischen Einflussgrößen, etwa hinsichtlich additiv bedingter Unregelmäßigkeiten oder materialabhängiger Effekte wie der Lichtbogenablenkung bei nichtrostenden Stählen.
Der Transfer der FuE-Ergebnisse in Anwenderunternehmen erfolgt über mehrere Wege. Zum einen können die erarbeiteten Prüf- und Bewertungskonzepte direkt in industrielle Schweißverfahrensprüfungen und Zertifizierungsprozesse übernommen werden. Zum anderen ist eine Weitergabe der Ergebnisse über Fachveröffentlichungen, Schulungen, Seminare und Beratungstätigkeiten vorgesehen. Die SLV Mecklenburg-Vorpommern übernimmt hierbei eine zentrale Rolle als Transferpartner, indem sie die Projektergebnisse im Rahmen von Auftragsforschung, Qualifizierungsmaßnahmen und technologieoffener Beratung in die industrielle Praxis überführt.
Für die eigene Einrichtung ergeben sich aus dem Projekt positive wirtschaftliche Effekte. Die im Projekt aufgebauten Kompetenzen im Bereich der additiven Fertigung und hybriden Schweißverbindungen erweitern das Leistungsportfolio der SLV Mecklenburg-Vorpommern und stärken ihre Position als Ansprechpartner für innovative Fügetechnologien. Langfristig sind zusätzliche Erlöse aus Beratungsleistungen, Schweißverfahrensprüfungen, Schulungen sowie aus Folgeprojekten und industriellen Entwicklungsaufträgen zu erwarten.
Konkrete Anwendungsbeispiele wurden im Projekt bereits untersucht, indem hybride Schweißverbindungen aus verschiedenen additiv gefertigten und konventionell hergestellten Werkstoffen unter realitätsnahen Bedingungen gefertigt und geprüft wurden. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass eine industrielle Anwendung hybrider Verbindungen unter Einhaltung bestehender Normen grundsätzlich möglich ist und bilden eine belastbare Grundlage für weiterführende industrielle Implementierungen.
