AFSD / MFS: Additive Reibrühr-Deposition (Solid-State Metal AM)
Additive Friction Stir Deposition (AFSD / MFS): Festphasen-3D-Druck ohne Schmelzen, porenfreie Gefüge, keine Risse bei hochfestem Aluminium (7075, 2024), Aufbauraten > 15 kg/h.
Additive Friction Stir Deposition (AFSD, auch bekannt als MFS oder Reibschweiß-3D-Druck) ist ein revolutionäres Festphasen-Fertigungsverfahren (Solid-State AM). Ein rotierender Werkstoffstab wird unter hohem axialem Druck gegen das Substrat gepresst. Durch Reibungswärme plastifiziert das Metall bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes (Soliduslinie) und wird schichtweise abgeschert. Da das Metall zu keinem Zeitpunkt flüssig wird, entfallen Schmelzbaddefekte wie Heißrisse, Poren, Wasserstoffporosität und starke Eigenspannungen vollständig. Aufbauraten von über 15 kg/h eröffnen neue Dimensionen für die Luftfahrt.
- Festphasen-Prozess: Kein Aufschmelzen verhindert Heißrissbildung bei unschweißbaren Al-Legierungen (7075, 2024).
- Enorme Aufbauraten von 5 bis 20 kg/h für meterlange Strukturteile in Luft- und Raumfahrt.
- Erzeugt feinstkörniges, dynamisch rekristallisiertes Gefüge mit Schmiede-Eigenschaften direkt nach dem Druck.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Kriterium | AFSD (Reib-Auftrag) | WAAM (Lichtbogen) | Laser-DED |
|---|---|---|---|
| Aggregatzustand | Fest / plastifiziert (kein Schmelzen) | Vollständig flüssig | Vollständig flüssig |
| Schmelzbaddefekte | Physikalisch unmöglich (0 % Poren) | Möglich (Wasserstoff/Bindefehler) | Möglich (Keyhole/Spritzer) |
| Aufbaurate | 5.000 - 20.000 g/h | 3.000 - 8.000 g/h | 500 - 2.500 g/h |
| Verarbeitbarkeit Al 7075 | Hervorragend (keine Risse) | Extrem schwierig / unschweißbar | Nur mit Modifikatoren |
| Oberflächenrauheit | Grob (Fräsnacharbeit nötig) | Sehr wellig | Moderat |
Dynamische Rekristallisation im Scherbereich
Unter der Einwirkung von Schwerkräften und Reibungswärme (ca. 0.6 bis 0.8 der Schmelztemperatur) setzt im Kontaktbereich dynamische Rekristallisation ein. Grobe Gefügestrukturen des Ausgangsstabs werden in ultrafeine, äquiaxiale Körner (1 bis 5 µm Korngröße) umgewandelt. Das Gefüge ist extrem homogen, weist keine Texturanisotropie auf und übertrifft herkömmliche Gussteile bei Weitem.
Verarbeitung hochfester Luftfahrtlegierungen
Legierungen wie Al 7075-T6 oder Al 2024 sind im schmelzbasierten 3D-Druck (LPBF, WAAM) aufgrund breiter Erstarrungsintervalle und starker Seigerung extrem heißrissgefährdet. Da AFSD die Liquiduslinie niemals erreicht, lassen sich diese Werkstoffe rissfrei mit vollen Schmiedeeigenschaften zu Tragflächenrippen, Schottwänden oder Panzerplatten aufbauen.
Maschinenbau: Hohe Axialkräfte und Werkzeugdesign
AFSD-Maschinen erfordern hochsteife Portalrahmen ähnlich massiven Fräszentren, da Axialkräfte von 10 bis 40 kN auf das Bauteil wirken. Die rotierende Werkzeugspindel verfügt über spezielle Mitnehmerstifte, die den plastifizierten Werkstoff gleichmäßig unter der Werkzeugschulter verteilen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Welches Ausgangsmaterial nutzt AFSD?
Müssen Bauteile nach dem Druck wärmebehandelt werden?
Können Hohlräume gedruckt werden?
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