Innovationen in der additiven Fertigung: Entwicklung einer gradierten Werkstoffstruktur für maßgeschneiderte Anwendungen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung des Plasma Wire Arc Additive Manufacturing (PWAAM) zur Herstellung einer gradierten Werkstoffstruktur auf Eisenbahnrädern. Ziel ist es, die Lebensdauer der Räder zu verlängern, den Verschleiß zu reduzieren und die Instandhaltungsintervalle zu optimieren. Die gradierte Struktur kombiniert eine Pufferschicht und eine Plattierschicht, um metallurgische Vorteile mit wirtschaftlicher Effizienz zu verbinden. Ausgangspunkt der Untersuchung ist die Herausforderung, hochkohlenstoffhaltige Radwerkstoffe wie ER8 mit einem Kohlenstoffäquivalent von 0,82 % prozesssicher zu schweißen. Für die experimentellen Arbeiten wurden drei verschiedene Schweißzusätze eingesetzt. Die Versuchsreihen umfassten die Fertigung einspuriger und mehrspuriger Stufenwände sowie deren Analyse hinsichtlich Mikrostruktur, Härteverlauf und Schweißqualität. Ergänzend wurde eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt. Die Arbeit schafft eine Grundlage für die Anwendung additiver Fertigung in der Instandhaltung von Eisenbahnrädern und zeigt die Potenziale des PWAAM-Verfahrens für zukünftige industrielle Anwendungen. Darüber hinaus wird die Bedeutung einer gradierten Struktur gegenüber einer homogenen Schicht hervorgehoben, insbesondere im Hinblick auf technische und wirtschaftliche Vorteile. Zukünftige Arbeiten sollten Eigenspannungsmessungen, optimierte Prozessparameter für mehrspurige Anwendungen sowie Realversuche an kompletten Rädern umfassen, um die Praxistauglichkeit des Verfahrens zu validieren.