DE102022001164A1

DE102022001164A1 - Verfahren zur Herstellung eines Panzerungsbauteils

Info

Publication number: DE102022001164A1
Application number: DE102022001164.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Bleckmann; Tobias Hehn
Original assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Current assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Priority date: 2022-04-05
Filing date: 2022-04-05
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils weist folgende Merkmale auf:• das Verfahren verwendet einen 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker (10) mit einem Laser (11) und einer Temperierungseinrichtung (12),• das Verfahren verwendet als Metallpulver ein Stahlpulver,• das Verfahren umfasst folgende Schritte:a) im 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker (10) wird eine Lage (51) Stahlpulver aufgetragen,b) der Laser (11) schmelzt diese Lage (51) auf,c) mit der Temperierungseinrichtung (12) werden einzellagig oder mehrlagig harte Volumenbereiche (54) mit einem Brinellhärtewert (HBW) von mehr als 500 und weiche Volumenbereiche (52) mit einem Brinellhärtewert (HBW) von weniger als 400 gebildet,d) Wiederholung der Schritte a) bis c) so lange, bis das Stahlbauteil fertiggestellt ist.Um ein hochwirksames Panzerungsbauteil (50) gegen Geschosse (90) herzustellen, werden mit der Temperierungseinrichtung (12) ein harter Volumenbereich (54) mit eingebetteten sich von einer Angriffsseite (58) verjüngende Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle (10) aus weichen Volumenbereichen (53) gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Panzerungsbauteils.
Aus der EP 3 450 060 B1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils bekannt. Im bekannten Fall wird detailliert beschrieben, dass mit einer Temperierungseinrichtung eines 3D-Metallpulverbett-Laser-Druckers einzellagig oder mehrlagig harte Volumenbereiche und weiche Volumenbereiche gebildet werden. Harte Volumenbereiche ergeben sich daraus, dass durch die mit der Temperierungseinrichtung durchgeführte Wärmebehandlung ein höherer Anteil an Martensitgefüge und/oder an Carbidausscheidungen gebildet werden. Einzellagig bedeutet, dass nach jedem Pulverauftrag und Schmelzen die Temperierungseinrichtung eingesetzt wird, wenn in einem Bereich dieser Lage ein hartes Martensitgefüge und/oder Carbidausscheidungen zu erzeugen sind. Mehrlagig bedeutet, dass die Temperierungseinrichtung in einem Bereich mehrere Lagen geschmolzenen Pulvers einem Härteprozess und/oder einer Carbidausscheidung unterzieht. Der Begriff Temperierungseinrichtung ist weit auszulegen und umfasst Vorrichtungen zur Temperaturmessung, Strahlungs-Heizvorrichtungen, Heizvorrichtungen an der absenkbaren Werkstückplatte, Abkühleinrichtungen und so weiter.
Aus der DE 42 37 798 A1 ist eine Panzerung mit einem mehrschichtigen Aufbau aus voneinander beabstandeten Bauelementen bekannt. Die Bauelemente einer ersten Schicht bestehen aus einzelnen Lamellen, die jalousieartig zur senkrechten Ebene, vorzugsweise unter einem Winkel von ca. 30°, angeordnet sind. Dadurch wird ein Geschoss unter Abbau kinetischer Energie abgelenkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Panzerungsbauteils hoher Wirksamkeit weiterzubilden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die Vorteile der Erfindung beruhen darauf, dass zur Herstellung eines Panzerungsbauteils ein bekannter 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker mit einem Laser und einer Temperierungseinrichtung verwendet wird.

a) Im 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker wird eine Lage Stahlpulver aufgetragen.
b) Der Laser schmelzt diese Lage auf.
c) Mit der Temperierungseinrichtung werden einzellagig oder mehrlagig harte Volumenbereiche mit einem Brinellhärtewert (HBW) von mehr als 500 und weiche Volumenbereiche mit einem Brinellhärtewert (HBW) von weniger als 400 gebildet.
d) Wiederholung der Schritte a) bis c) so lange, bis das Stahlbauteil fertiggestellt ist.

Die vorgenannten bekannten Schritte erlauben es, in dem Stahlbauteil eine Verteilung von harten und weichen Volumenbereichen vorzunehmen, in dem durch die Wärmebehandlung mehr oder weniger Martensitgefüge und/oder Carbidausscheidungen erhalten werden.
Mit der Temperierungseinrichtung werden ein harter Volumenbereich mit eingebetteten sich von einer Angriffsseite verjüngende Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle aus weichen Volumenbereichen gebildet.
Ein angreifendes Geschoss trifft auf das Panzerungsbauteil und dringt in einen weichen Geschosseinlauf- und Ablenkkanal ein. Das Geschoß wird unter hoher Umwandlung von kinetischer Energie abgelenkt. Die Ablenkung und der damit verbundene hohe Abbau kinetischer Energie wird noch verstärkt, im dem sich die Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle verjüngen und damit eine Zwangsführung und damit Ablenkung des Geschosses verstärken.
Der Unteranspruch 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Die Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle weisen jeweils die Form einer gebogenen Pyramide auf. Pyramiden weisen eckige Grundformen auf. Viele eckige Grundformen erlauben eine nahtlose Anordnung dieser Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle auf der Angriffsseite des Panzerungsbauteils. Damit erreicht man, dass das Geschoss immer erst auf einen weichen Bereich auftrifft, damit anschließend der harte Bereich das Geschoss ablenkt.
Besondere Vorteile ergeben die Merkmale des Unteranspruches 3, wonach die Grundfläche der Pyramide ein regelmäßiges Sechseck ist.
Denn die regelmäßigen Sechsecke bilden gemäß Unteranspruch 4 auf der Angriffsseite eine Wabenanordnung, die einerseits aufgrund hervorragender Festigkeitseigenschaften geradezu prädestiniert ist für ein Panzerungsbauteil mit weichen Geschosseinlauf- und Ablenkkanälen und andererseits, trotz komplexer Geometrie, problemlos mit einem 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker zu fertigen ist.
Nach Unteranspruch 5 wird der Laser als Teil der Temperierungseinrichtung auch zur Wärmebehandlung und damit auch zur Bildung von harten und weichen Volumenbereichen mitbenutzt.
Das Panzerungsbauteil kann alleinig zur Panzerung eingesetzt werden, oder, wie Anspruch 5 angibt, Teil einer mehrschichtigen Panzerung, beispielsweise einer Schottpanzerung sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen, jeweils als einfache Prinzipskizzen:

1 einen 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker im Schnitt;
2 ein mit dem zuvor gezeigten 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker hergestelltes Panzerungsbauteil mit Geschosseinlauf- und Ablenkkanälen;
3 das zuvor dargestellte Panzerungsbauteil mit einem eindringenden und abgelenkten Geschoss.

Die 1 zeigt einen 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker 10 mit einem Laser 11 und einer Temperierungseinrichtung 12. Mit dem vorgenannten 3-D-Drucker wird ein Panzerungsbauteil gegen Geschosse hergestellt. Hierzu wird als Metallpulver ein Stahlpulver verwendet. Das Stahlpulver hat die Eigenschaft, dass es nach einem Schmelzen eine Stahllegierung bildet, die gut zu härten ist. Zum Abziehen des Stahlpulvers dient ein Schlitten 13. Ein Tisch 14 ist absenkbar, um eine neue Schicht Stahlpulver auftragen zu können.
Die Herstellungsschritte sind:

a) Im 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker 10 wird eine Lage 51 Stahlpulver aufgetragen.
b) Der Laser 11 schmelzt diese Lage 51 auf.
c) Mit der Temperierungseinrichtung 12 werden einzellagig oder mehrlagig harte Volumenbereiche 54 mit einem Brinellhärtewert (HBW) von mehr als 500 und weiche Volumenbereiche 52 mit einem Brinellhärtewert (HBW) von weniger als 400 gebildet. Bevorzugt ist, dass mit der Temperierungseinrichtung 12 einzellagig oder mehrlagig harte Volumenbereiche 54 mit einem Brinellhärtewert (HBW) von mehr als 540 und weiche Volumenbereiche 52 mit einem Brinellhärtewert (HBW) von weniger als 390 gebildet werden. Die jeweils gewünschte Härte wird über die Anteile an Martensitgefüge und/oder Anteile an Carbidausscheidungen eingestellt.
d) Wiederholung der Schritte a) bis c) so lange, bis das Stahlbauteil fertiggestellt ist.

Im Schritt c) werden mit der Temperierungseinrichtung 51, wie 2 zeigt, ein harter Volumenbereich 54 mit eingebetteten, sich von einer Angriffsseite 58 verjüngende Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle 53 aus weichen Volumenbereichen 53 gebildet.
Nach dem Schmelzen des Pulvers kann beispielsweise je nach vorliegender Stahllegierung ein weiches oder ein hartes Material im Ausgangszustand vorliegen.
Liegt als Ausgangszustand ein weiches Material vor, wird ein großer Volumenbereich gehärtet, wobei weiche Volumenbereiche, die die Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle 10 bilden, von der Härtung ausgenommen bleiben.
Liegt als Ausgangszustand ein hartes Material vor, werden weiche Volumenbereiche, die die Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle 10 bilden, durch ein Weichglühen erhalten.
Der Laser 11 schmelzt nicht nur das Stahlpulver auf. Vielmehr wird der Laser 11 auch im Rahmen einer Wärmebehandlung eingesetzt. Entsprechend ist der Laser auch Teil der Temperierungseinrichtung 12.
2 illustriert, dass die Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle 53 jeweils die Form einer gebogenen Pyramide aufweisen. Die Grundfläche der gebogenen Pyramide ist ein regelmäßiges Sechseck 57. Die regelmäßigen Sechsecke 57 wiederum bilden auf der Angriffsseite eine Wabenanordnung.
3 illustriert die Wirkungsweise des Panzerungsbauteils 50. Zunächst ist dargestellt, dass das Geschoss 90 horizontal an der Angriffsseite 58 auf das Panzerungsbauteil 50 auftrifft. Dann ist fortschreitend dargestellt, dass es eindringt und entsprechend dem Verlauf des weichen, sich verjüngenden Geschosseinlauf- und Ablenkkanales 53 eine Ablenkung und Abbremsung erfährt.
Das Panzerungsbauteil 50 ist eine ebene Panzerungsplatte. Abweichend hierzu kann das Panzerungsbauteil 50 auch eine gekrümmte Panzerungsplatte sein.
Das Panzerungsbauteil 50 ist einzeln als Panzerung oder als Teil einer mehrschichtigen Panzerung verwendbar.
Bezugszeichenliste

10: 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker
11: Laser
12: Temperierungseinrichtung
13: Schlitten
14: Tisch
50: Panzerungsbauteil
51: Lage
52: weiche Volumenbereiche
53: Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle
54: harte Volumenbereiche
57: regelmäßiges Sechseck
58: Angriffsseite
90: Geschoss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3450060 B1 [0002]
DE 4237798 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils, mit folgenden Merkmalen: • das Verfahren verwendet einen 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker (10) mit einem Laser (11) und einer Temperierungseinrichtung (12), • das Verfahren verwendet als Metallpulver ein Stahlpulver, • das Verfahren umfasst folgende Schritte: a) im 3D-Metallpulverbett-Laser-Drucker (10) wird eine Lage (51) Stahlpulver aufgetragen, b) der Laser (11) schmelzt diese Lage (51) auf, c) mit der Temperierungseinrichtung (12) werden einzellagig oder mehrlagig harte Volumenbereiche (54) mit einem Brinellhärtewert (HBW) von mehr als 500 und weiche Volumenbereiche (52) mit einem Brinellhärtewert (HBW) von weniger als 400 gebildet, d) Wiederholung der Schritte a) bis c) so lange, bis das Stahlbauteil fertiggestellt ist, dadurch gekennzeichnet, • dass mit den vorgenannten Schritten a) bis d) ein Panzerungsbauteil (50) gegen Geschosse (90) hergestellt wird, derart, • dass im Schritt c) mit der Temperierungseinrichtung (12) ein harter Volumenbereich (54) mit eingebetteten, sich von einer Angriffsseite (58) verjüngende Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle (53) aus weichen Volumenbereichen (53) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Geschosseinlauf- und Ablenkkanäle (53) jeweils die Form einer gebogenen Pyramide aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Grundfläche der gebogenen Pyramide ein regelmäßiges Sechseck (57) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die regelmäßigen Sechsecke (57) auf der Angriffsseite (58) eine Wabenanordnung bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Temperierungseinrichtung (12) den Laser (11) mit umfasst.
Panzerungsbauteil (50), hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das Teil einer mehrschichtigen Panzerung ist.