WO2009149898A1 - Verfahren und hohldraht zur herstellung und/oder verstärkung von bauteilen und/oder strukturen durch hohldrahtbasierten aufbauprozess - Google Patents

Verfahren und hohldraht zur herstellung und/oder verstärkung von bauteilen und/oder strukturen durch hohldrahtbasierten aufbauprozess Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for the construction and / or reinforcement of components and / or structures, in particular in aircraft and lightweight construction and aerospace.
  • the invention relates to a wire application or wire construction method.
  • Wire application methods are used, for example, in the surface coating.
  • hollow or solid cross-section wires in particular known through the use of hollow and solid cross-section wires in thermal spraying, surface properties of components are specifically adapted to loads and stresses to which the components are exposed in aviation use.
  • filler materials so-called spray additives, inside or outside a spray burner off or melted, accelerated in a gas stream in the form of spray particles and applied at high speed on the surface of the component to be coated.
  • the hollow wires are made by cold forming, such as drawing, bending or rolling, of flat strips.
  • the production of full cross-section wires is usually done by pulling coarse wire through tapered openings of a drawing iron, die or roll stand. This process is repeated until the desired cross section of the solid wire is reached.
  • the wire-based application process for manufacturing and / or reinforcing components of claim 1 starts with the provision of a hollow wire containing a cladding and a filler whose material is different from the material of the cladding and which is applied to a carrier body.
  • the carrier body preferably corresponds to a component and / or a structure.
  • the hollow wire includes a metallic shell.
  • the advantage of a metallic hollow shell is firstly that metallic components in the aircraft or lightweight construction, whose material properties in the
  • Base material usually does not meet the load requirements and can be adapted only in conjunction with very high costs, by the order of suitable, metallic material combinations can be adapted to the intended loads. Furthermore, a good connection of the material application to metallic components is made possible by the metallic shell. In principle, however, is also a coat of another material, which is fusible and can be applied to a component, possible.
  • the hollow wire contains a filling element. Under filling element is understood that the hollow wire contains no air inside the jacket.
  • filling elements can be fusible or liquefiable materials which melt by the action of heat, are distributed on the workpiece and then solidify again. Depending on the nature of the filling element correspondingly different material properties can be achieved.
  • the filling element is preferably an alloying element. This has the advantage that a targeted improvement of material properties of metallic materials can be achieved in conjunction with a metallic shell.
  • the filling element is preferably a reactive phase to be thermally activated. This in turn has the advantage that it comes only under thermal influence to a reaction between the shell and filling element and thus the connection of shell and filling element can be controlled specifically. In principle, however, another type of filling element is conceivable, which forms an advantageous connection with the jacket of the hollow wire.
  • the hollow wire with the filler is melted using a fusion process, which is preferably a beam fusion process.
  • Beam fusion processes have the advantage that materials can be melted by means of a highly accurately positionable jet, but in conjunction with a low energy input.
  • This is again preferably a laser melting process, which has the advantage that materials can be melted in an energy-saving manner even at low but concentrated energy input and by means of the very high positioning speed and positioning accuracy of the laser beam.
  • Another preferred aspect of the beam fusion process is the electron beam fusion process, which has the advantage that it also allows the melting of refractory metals, the production of mixed compounds by the welding of different materials, and the welding of high-quality materials. In principle, however, another melting process that is adapted to the materials is possible.
  • the molten hollow wire is applied to a component and / or a structure, wherein the hollow wire preferably only a part, a portion, a piece or a portion of a component is applied.
  • This has the advantage that as a result of this, load-critical areas on the component are purposefully locally reinforced and an expensive, complex and unnecessary reinforcement of the entire component is avoided.
  • the method for producing reinforced materials concludes that the applied hollow wire on the component preferably cools rapidly.
  • a rapid and / or controlled cooling or solidification has the advantage that coarsening of the precipitates and phases that form during this process are avoided. This creates a homogeneous material structure with a good connection to the component and a targeted adaptation of the surface properties to the intended load. Basically, a cooling is possible, which has a low velocity, if coarsening of the forming precipitates are avoided.
  • Alloys that can not be produced at all or only with great effort can be realized with hollow wire-based application or build-up processes. It can unpredictable reactions of the melt in the casting or powder production process, for example, caused by high heat of education temperature jumps (process safety / controllability) can be avoided. An improved control of the size of the precipitates is possible because the solidification bonds can be adjusted via the process parameters and not dependent on the powder particle diameter, as is typical for the powder production of corresponding alloys. If, after completion of the method, the carrier body corresponding to the component or the structure to which the hollow wire is applied is removed, complete components or parts of components and / or structures can also be formed by wire construction using the hollow wire application method. The carrier body can also remain integrated in the component. This is advantageous in particular for larger components, since the build-up process only images the geometrically complex areas and at the same time the process time and costs can be reduced.
  • FIG. 1 is a flow chart for a method of manufacturing reinforced components using a wire-based order process
  • Fig. 2 is a view in cross section through a hollow wire with filler.
  • Fig. 1 shows the individual steps of the method for the production of reinforced components, wherein the process begins with the provision of a hollow wire 10 with filler.
  • the hollow wire 10 includes, as shown in FIG. 2, a metallic shell 12 and a core, which may consist of an alloying element 14 or a thermally activated reactive phase 16.
  • connection of a metallic shell 12 to a core constituting an alloying element 14 is a CuNb alloy shell having a core of Cr powder.
  • An example of a connection of a metallic shell 12 having a core which is a reactive phase 16 to be thermally activated is a Ti alloy clad with a core of boron carbide powder.
  • the hollow wire 10 is melted with the filler in the further course of the process. It is a beam fusion process 20, for example, by a
  • Laser beam melting 24 or an electron melting 26 is imaged.
  • the molten hollow wire is applied to a component by a deposition or build-up method 30.
  • the order is carried out exclusively locally in order to reinforce load-critical points on the component and thus meet the high demands placed on safety in aviation.
  • the hollow wire applied to the component then cools down by means of a cooling process 40.
  • a rapid cooling is advantageous and is desired. Since the hollow wire is applied in a thin layer on the component or only a specific part of the component is formed by the molten hollow wire, the layer on the component also cools at a
  • Ambient temperature of 20 0 C which corresponds to a cooling at room temperature, decreases rapidly.
  • Other methods that allow a rapid cooling of the hollow wire on the component, quenching by means of cooled liquid media (water, oil) and cooling methods, which are low air temperature work.
  • the rapid cooling has the consequence that coarsening of the forming precipitates are avoided and thus creates a homogeneous microstructure in the layer.
  • hollow wires with filling elements to complete components or to form complete components by means of hollow wires.
  • hollow wire based build processes it is possible to produce combustor structures having heat resistant surfaces on the inner combustor wall.
  • the hollow wire is welded from the inside to the outside on a mandrel and the mandrel removed after the solidification of the applied hollow wire.

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung von verstärkten Bauteilen mittels eines gefüllten Hohldrahts (10) enthält die Schritte: Bereitstellen eines Hohldrahts (10), wobei der Hohldraht einen Mantel (12) und ein Füllelement (14, 16) enthält, dessen Material sich von dem Material des Mantels (12) unterscheidet; Schmelzen des gefüllten Hohldrahts (10) mittels eines Strahlenschmelzverfahrens (20); Auftragen des gefüllten Hohldrahts (10) auf ein Bauteil und/oder eine Struktur mittels eines Auftragverfahrens (30) und Abkühlen des gefüllten Hohldrahts (10) mittels eines Abkühlverfahrens (40).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON VERSTÄRKTEN BAUTEILEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau und/ oder zur Verstärkung von Bauteilen und/ oder Strukturen insbesondere im Flugzeug- und Leichtbau sowie der Raumfahrt. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Drahtauftrags - oder Drahtaufbauverfahren.
Die Herstellung von Hohldrähten und Drahtauftragsverfahren unter Verwendung metallischer Hohl- oder Vollquerschnittdrähte sind bekannt. Solche
Drahtauftragsverfahren finden beispielsweise in der Oberflächenbeschichtung Einsatz. Mittels Hohl- oder Vollquerschnittdrähten, insbesondere bekannt durch den Einsatz von Hohl- und Vollquerschnittdrähten bei thermischen Spritzverfahren, werden Oberflächeneigenschaften von Bauteilen gezielt an Belastungen und Beanspruchungen, denen die Bauteile im Einsatz in der Luftfahrt ausgesetzt sind, angepasst. Dabei werden Zusatzwerkstoffe, sogenannte Spritzzusätze, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab- oder aufgeschmolzen, in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils aufgetragen. Die Hohldrähte werden durch Kaltumformung, wie beispielsweise Ziehen, Biegen oder Walzen, von Flachbändern hergestellt. Die Herstellung von Vollquerschnittdrähten erfolgt zumeist durch Ziehen von grobem Draht durch sich verjüngende Öffnungen eines Zieheisens, Ziehsteins oder Walzgerüstes. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis der gewünschte Querschnitt des Vollquerschnittdrahtes erreicht ist.
Davon ausgehend ist es die technische Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur gezielten Verstärkung bzw. zum Aufbau von Bauteilen mittels Drahtauftrag oder Drahtaufbau vorzusehen, mit dem eine lokale und belastungsangepasste Verstärkung besonders beanspruchter Bereiche des Bauteils ermöglicht wird und mit dem Belastungseigenschaften des aufgebauten Bauteils gezielt gesteuert werden können.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 12 gelöst. Bevorzugte Aspekte sind in den abhängigen Patentansprüchen zu finden.
So wird insbesondere durch additive Verfahren und die Nutzung des in-situ- Legierens eine kostengünstigere Herstellung großer Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt oder im Leichtbau ermöglicht, da die Bauteile aus dem günstigeren Grundwerkstoff gefertigt werden und ausschließlich an lastkritischen Stellen eine lokale Verstärkung mittels Beschichtung der Oberfläche des Bauteils oder mittels Drahtaufbau eines Teils des Bauteils erfolgt.
Gemäß der Erfindung beginnt der drahtbasierte Auftragsprozess zur Herstellung und/ oder Verstärkung von Bauteilen aus Anspruch 1 mit der Bereitstellung eines Hohldrahts, der einen Mantel und ein Füllelement, dessen Material sich von dem Material des Mantels unterscheidet, enthält und der auf einen Trägerkörper aufgetragen wird.
Obwohl der Anteil an CFK-Bauteilen im Flugzeugbau stetig ansteigt, ist es nach heutigem Stand noch nicht möglich, komplette CFK-Strukturbauweisen zu realisieren. Geeignete Verbindungen hinsichtlich Elastizitätsmodul und Bauteilkorrosion von metallischen und CFK-Bauteilen sind somit nur durch die Verwendung hochfester, metallischer, aber mitunter kostenintensiver Werkstoffe für Anbindungsbauteile zu ermöglichen. Mittels Drahtauftrag oder Drahtaufbau unter Verwendung eines Hohldrahts, können lastkritische Bereiche an Bauteilen systematisch verstärkt und/ oder aufgebaut werden. Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, Trägerkörper mittels des Hohldrahts mit einem Füllelement, der geschmolzen auf den Trägerkörper aufgetragen wird, zu verstärken bzw. aufzubauen.
Dabei entspricht der Trägerkörper bevorzugt einem Bauteil und/ oder einer Struktur.
Bevorzugt enthält der Hohldraht einen metallischen Mantel. Der Vorteil eines metallischen Hohlmantels liegt zum einen darin, dass vor allem metallische Bauteile im Flugzeug oder Leichtbau, deren Werkstoffeigenschaften im
Grundwerkstoff zumeist nicht den Belastungsanforderungen entsprechen und nur in Verbindung mit sehr hohen Kosten diesen angepasst werden können, durch den Auftrag geeigneter, metallischer Werkstoffkombinationen den vorgesehenen Belastungen angepasst werden können. Des Weiteren wird durch den metallischen Mantel eine gute Anbindung des Werkstoffauftrags an metallische Bauteile ermöglicht. Grundsätzlich ist aber auch ein Mantel aus einem anderen Material, das schmelzbar und auf ein Bauteil auftragbar ist, möglich.
Der Hohldraht enthält ein Füllelement. Unter Füllelement wird verstanden, dass der Hohldraht keine Luft im Inneren des Mantels enthält. Insbesondere können Füllelemente schmelzbare oder verflüssigbare Werkstoffe sein, die durch Wärmeeinwirkung schmelzen, auf dem Werkstück verteilt werden und sich dann wieder verfestigen. Je nach Art des Füllelements können entsprechend verschiedene Materialeigenschaften erzielt werden.
Das Füllelement ist vorzugsweise ein Legierungselement. Dies hat den Vorteil, dass eine gezielte Verbesserung von Materialeigenschaften metallischer Werkstoffe in Verbindung mit einem metallischen Mantel erzielt werden kann. Das Fülleiement ist bevorzugt eine thermisch zu aktivierende reaktive Phase. Dies wiederum hat den Vorteil, dass es erst unter thermischem Einfluss zu einer Reaktion zwischen Mantel und Füllelement kommt und damit die Verbindung von Mantel und Füllelement gezielt gesteuert werden kann. Grundsätzlich ist aber auch ein andersartiges Füllelement denkbar, das mit dem Mantel des Hohldrahts eine vorteilhafte Verbindung eingeht.
Der Hohldraht mit dem Füllelement wird unter Verwendung eines Schmelzverfahrens geschmolzen, wobei es sich hierbei bevorzugt um ein Strahlenschmelzverfahren handelt. Strahlenschmelzverfahren haben den Vorteil, dass Werkstoffe mittels eines hochgenau positionierbaren Strahls, jedoch in Verbindung mit einem geringen Energieeintrag, geschmolzen werden können.
Bevorzugter Weise handelt es sich hierbei wiederum um ein Laserschmelzverfahren, was den Vorteil hat, dass Werkstoffe schon bei geringem, aber konzentriertem Energieeintrag und mittels der sehr hohen Positionierungsgeschwindigkeit und Positionierungsgenauigkeit des Laserstrahls energiesparend geschmolzen werden können.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt beim Strahlenschmelzverfahren ist das Elektronenstrahlschmelzverfahren, das den Vorteil hat, dass es auch das Verschmelzen höchstschmelzender Metalle, die Herstellung von Mischverbindungen durch das Verschweißen verschiedener Materialien, sowie das Verschweißen hochwertiger Werkstoffe ermöglicht. Grundsätzlich ist aber auch ein anderes Schmelzverfahren, das an die Werkstoffe angepasst ist, möglich.
Der geschmolzene Hohldraht wird auf ein Bauteil und/ oder eine Struktur aufgetragen, wobei der Hohldraht bevorzugt nur auf einen Teil, einen Teilbereich, ein Stück oder einen Teilabschnitt eines Bauteils aufgetragen wird. Dies hat den Vorteil, dass dadurch lastkritische Bereiche am Bauteil lokal gezielt verstärkt werden und eine teuere, aufwendige und unnötige Verstärkung des gesamten Bauteils vermieden wird. Es ist unter Verwendung des drahtbasierten Aufbau prozesses aber auch möglich, komplette Bauteile, Teile von Bauteilen und/ oder Strukturen aufzubauen bzw. auszubilden. Grundsätzlich ist es somit möglich, dass der geschmolzene Hohldraht, je nach Belastungsart und Anforderung, auf große Teile der Bauteiloberfläche oder auf die gesamte Bauteiloberfläche aufgetragen wird und/ oder ein Bauteil gezielt unter Verwendung des geschmolzenen Hohldrahts an besonders beanspruchten Stellen aufgebaut wird.
Das Verfahren zur Herstellung verstärkter Werkstoffe schließt damit ab, dass der aufgetragene Hohldraht am Bauteil bevorzugter Weise rasch abkühlt. Eine rasche und/oder gesteuerte Abkühlung bzw. Erstarrung hat den Vorteil, dass Vergröberungen der sich dabei bildenden Ausscheidungen und Phasen vermieden werden. So wird ein homogenes Werkstoffgefüge mit einer guten Anbindung an das Bauteil und eine gezielte Anpassung der Oberflächeneigenschaften an die vorgesehene Belastung geschaffen. Grundsätzlich ist auch eine Abkühlung möglich, die eine geringe Geschwindigkeit aufweist, wenn dabei Vergröberungen der sich bildenden Ausscheidungen vermieden werden. Insbesondere
Legierungen, die nicht oder nur mit großem Aufwand erzeugt werden können, sind mit hohldrahtbasierten Auftrags- oder Aufbauprozessen zu realisieren. Es können unvorhersehbare Reaktionen der Schmelze im Guss- oder Pulverherstellungsprozess, beispielsweise durch hohe Bildungswärme hervorgerufene Temperatursprünge (Prozesssicherheit / Beherrschbarkeit), vermieden werden. Eine verbesserte Kontrolle der Größe der Ausscheidungen ist möglich, da die Erstarrungsbindungen über die Prozessparameter eingestellt werden können und nicht, wie bei der Pulverherstellung entsprechender Legierungen typisch, vom Pulverpartikeldurchmesser abhängig sind. Wird nach Abschluss des Verfahrens der Trägerkörper, der dem Bauteil oder der Struktur entspricht, auf den der Hohldraht aufgetragen wird, entfernt, können unter Verwendung des Hohldrahtauftragsverfahrens auch komplette Bauteile oder Teile von Bauteilen und/ oder Strukturen durch Drahtaufbau ausgebildet werden. Der Trägerkörper kann aber auch im Bauteil integriert bleiben. Insbesondere bei größeren Bauteilen ist das vorteilhaft, da der Aufbauprozess nur die geometrisch komplexen Bereiche abbildet und gleichzeitig so die Prozesszeit und Kosten reduziert werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung von verstärken Bauteilen mittels eines drahtbasierten Auftragsprozesses ist; und
Fig. 2 eine Ansicht im Querschnitt durch einen Hohldraht mit Füllelement ist.
Fig. 1 zeigt die einzelnen Schritte des Verfahrens zur Herstellung von verstärkten Bauteilen, wobei der Prozess mit der Bereitstellung eines Hohldrahts 10 mit Füllelement beginnt.
Der Hohldraht 10 beinhaltet, wie in Fig. 2 gezeigt wird, einen metallischen Mantel 12 und einen Kern, der aus einem Legierungselement 14 oder einer thermisch zu aktivierenden reaktiven Phase 16 bestehen kann.
Ein Beispiel für eine Verbindung eines metallischen Mantels 12 mit einem Kern der ein Legierungselement 14 darstellt, ist ein CuNb-Legierungsmantel mit einem Kern aus Cr-Pulver. Ein Beispiel für eine Verbindung eines metallischen Mantels 12 mit einem Kern, der eine thermisch zu aktivierende reaktive Phase 16 darstellt, ist ein Ti-Legierungsmantel mit einem Kern aus Borkarbid Pulver. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, wird der Hohldraht 10 mit dem Füllelement im weiteren Verlauf des Verfahrens geschmolzen. Dabei handelt es sich um ein Strahlenschmelzverfahren 20, das beispielsweise durch ein
Laserstrahlschmelzverfahren 24 oder ein Elektronenschmelzverfahren 26 abgebildet wird.
So können, aufgrund hoher Positioniergeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit des Strahls bei gleichzeitig hohem Energiegehalt, selbst höchstschmelzende Werkstoffe geschmolzen werden. Im vorliegenden Beispiel kann somit die für Nb- Verbindungen erforderliche Schmelztemperatur von 2477°C (2750 K) oder die für Ti-Verbindungen erforderliche Schmelztemperatur von 1668°C (1941 K) realisiert werden.
Der geschmolzene Hohldraht wird mit einem Auftrags- oder Aufbauverfahren 30 auf ein Bauteil aufgetragen. Dabei erfolgt der Auftrag ausschließlich lokal, um lastkritische Stellen am Bauteil zu verstärken und damit den hohen Anforderungen an Sicherheit in der Luftfahrt gerecht werden.
Der auf das Bauteil aufgetragene Hohldraht kühlt nun mittels eines Abkühlverfahrens 40 ab. Eine rasche Abkühlung ist vorteilhaft und wird angestrebt. Da der Hohldraht in einer dünnen Schicht auf das Bauteil aufgetragen wird oder lediglich ein gezielter Teil des Bauteils durch den geschmolzenen Hohldraht ausgebildet wird, kühlt die Schicht am Bauteil auch bei einer
Umgebungstemperatur von 200C, was einer Abkühlung bei Raumtemperatur entspricht, rasch ab. Weitere Verfahren, die eine rasche Abkühlung des Hohldrahts am Bauteil ermöglichen, sind Abschreckverfahren mittels gekühlter Flüssigmedien (Wasser, Öl) und Abkühlverfahren, die mit niedriger Lufttemperatur arbeiten. Die rasche Abkühlung hat zur Folge, dass Vergröberungen der sich bildenden Ausscheidungen vermieden werden und somit eine homogene Gefügestruktur in der Schicht entsteht.
So bilden sich beispielsweise bei dem Hohldraht 10 mit dem CuNb- Legierungsmantel 12, der den Kern 14 aus Cr-Pulver enthält, homogene Cr2Nb- Ausscheidungen und bei dem Hohldraht 10 mit dem Ti-Legierungsmantel 12, der den Kern 16 aus Borkarbid Pulver enthält, homogene TiB2 Ausscheidungen.
Damit wird die Möglichkeit geschaffen, große Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrttechnik und im Leichtbau aus kostengünstigeren Grundwerkstoffen zu fertigen und ausschließlich besonders beanspruchte Stellen mittels Drahtauftrag aus hochwertigen und angepassten Werkstoffkombinationen zu ergänzen, die sich durch fein verteilte Phasen, reproduzierbare Eigenschaften und eine Anwendbarkeit auf unbeschränkte Bauteilgrößen auszeichnen.
Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, Hohldrähte mit Füllelementen auf komplette Bauteile aufzutragen oder mittels Hohldrähten komplette Bauteile auszubilden. Beispielsweise ist unter Verwendung von hohldrahtbasierten Aufbauprozessen die Herstellung von Brennkammerstrukturen mit warmfesten Oberflächen an der inneren Brennkammerwand möglich. Dazu wird der Hohldraht von innen nach außen auf einen Dorn geschweißt und der Dorn nach der Erstarrung des aufgetragenen Hohldrahts entfernt.
Bezugszeichenliste
10 Hohldraht mit Füllelement
12 Hohldrahtmantel 14 Legierungselement
16 thermisch zu aktivierende reaktive Phase
20 Schmelzverfahren
24 Laserstrahlschmelzverfahren
26 Elektronenstrahlschmelzverfahren 30 Auftragsverfahren
40 Abkühlverfahren

Claims

Patentansprüche
1. Drahtbasierter Aufbauprozess zur Herstellung und/ oder Verstärkung von Bauteilen und/ oder Strukturen, enthaltend: Bereitstellen eines Hohldrahts (10) mit einem Mantel (12), wobei der
Hohldraht ein Füllelement (14, 16) enthält, dessen Material sich von dem Material des Hohldrahts unterscheidet; ein Schmelzverfahren (10), zum Schmelzen des Hohldrahts an einem
Trägerkörper, wobei der geschmolzene Hohldraht auf einen Trägerkörper aufgebracht wird, und wobei der auf den Trägerkörper aufgebrachte Hohldraht am Trägerkörper abkühlt.
2. Drahtbasierter Aufbauprozess nach Anspruch 1 , wobei der Trägerkörper einem Bauteil und/ oder einer Struktur entspricht.
3. Drahtbasierter Aufbauprozess nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hohldraht (10) einen metallischen Mantel (12) enthält.
4. Drahtbasierter Aufbauprozess nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Hohldraht (10) ein Legierungselement (14) als Füllelement enthält.
5. Drahtbasierter Aufbauprozess nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Hohldraht (10) eine thermisch zu aktivierende reaktive Phase (16) als Füllelement enthält.
6. Drahtbasierter Aufbauprozess nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Hohldraht (10) mittels eines Strahlenschmelzverfahrens (20) geschmolzen wird.
7. Drahtbasierter Aufbauprozess nach Anspruch 6, wobei der Hohldraht (10) mitteis eines Laserstrahls (24) geschmolzen wird.
8. Drahtbasierter Aufbauprozess nach Anspruch 6, wobei der Hohldraht (10) mittels eines Elektronenstrahls (26) geschmolzen wird.
9. Drahtbasierter Aufbauprozess nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Hohldraht (10) auf einen Teil eines Bauteils aufgetragen wird.
10. Drahtbasierter Aufbauprozess nach Anspruch 9, wobei der Hohldraht (10) derart rasch abkühlt, dass Vergröberungen der sich bildenden Ausscheidungen vermieden werden.
11. Drahtbasierter Aufbauprozess nach Anspruch 10, wobei der Trägerkörper nach Erstarrung des aufgetragenen Hohldrahts entfernt wird.
12. Hohldraht (10) zur Herstellung und/ oder Verstärkung von Bauteilen und/ oder Strukturen, enthaltend: einen Mantel (12), wobei der Mantel im Inneren hohl ist; ein Füllelement (14, 16), wobei das Füllelement sich im Inneren des Mantels befindet, und wobei sich das Material des Füllelements von dem Material des Mantels unterscheidet.
13. Hohldraht (10) nach Anspruch 12, wobei der Mantel (12) des Hohldrahts (10) aus Metall besteht.
14. Hohldraht (10) nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Mantel (12) ein Legierungselement (14) als Füllelement enthält.
15. Hohldraht (10) nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Mantel (12) eine thermisch zu aktivierende reaktive Phase (16) als Füllelement enthält.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014205002A1 (de) * 2014-03-18 2015-09-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zum Schweißen
DE102015118784B3 (de) * 2015-11-03 2017-05-04 Dynamic E Flow Gmbh Verfahren zum Verbinden der Enden zweier Hohldrähte und Anordnung aus wenigstens zwei an ihren Enden miteinander verbundenen Hohldrähten

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07251293A (ja) * 1994-03-14 1995-10-03 Nippon Steel Weld Prod & Eng Co Ltd アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法
JPH08118049A (ja) * 1994-08-31 1996-05-14 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd レーザー肉盛方法
US20020098298A1 (en) * 2001-01-25 2002-07-25 Bolton Jimmie Brooks Methods for applying wear-reducing material to tool joints
US20030094259A1 (en) * 2001-11-20 2003-05-22 Siedal David S. Method and apparatus for free-forging of metal structures
US20040182844A1 (en) * 2003-02-03 2004-09-23 Rolls-Royce Plc Laser deposition
US20040256370A1 (en) * 2003-06-17 2004-12-23 James Keegan Filler composition for high yield strength base metals

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3928092A1 (de) * 1989-08-25 1991-02-28 Mordike Barry Leslie Verfahren zum beschichten von bauteiloberflaechen mit laserstrahlen
US5578227A (en) * 1996-11-22 1996-11-26 Rabinovich; Joshua E. Rapid prototyping system
DE10334959A1 (de) * 2003-07-31 2005-02-24 Bouaifi, Belkacem, Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Fülldrahtelektrode zum Verbindungsschweißen von hochfesten Aluminiumlegierungen
DE102004048508A1 (de) * 2004-10-05 2006-04-13 Amil Werkstofftechnologie Gmbh Zusatzwerkstoff

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07251293A (ja) * 1994-03-14 1995-10-03 Nippon Steel Weld Prod & Eng Co Ltd アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法
JPH08118049A (ja) * 1994-08-31 1996-05-14 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd レーザー肉盛方法
US20020098298A1 (en) * 2001-01-25 2002-07-25 Bolton Jimmie Brooks Methods for applying wear-reducing material to tool joints
US20030094259A1 (en) * 2001-11-20 2003-05-22 Siedal David S. Method and apparatus for free-forging of metal structures
US20040182844A1 (en) * 2003-02-03 2004-09-23 Rolls-Royce Plc Laser deposition
US20040256370A1 (en) * 2003-06-17 2004-12-23 James Keegan Filler composition for high yield strength base metals

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