Processes & Technologies W3D-TECH-27 ISO/ASTM 52900 Validiert

AFSD: Additive Friction Stir Deposition (Solid-State Metal AM)

Additive Friction Stir Deposition: solid-state metal printing below melting point, zero porosity, crack-free processing of aerospace aluminum (7075, 2024), > 15 kg/h.

Stand: 2026-03-24 Lesezeit: 9 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Key Engineering Takeaways Normative Status: Validated

AFSD is a solid-state additive technology operating below the melting temperature. Friction and high axial forces plastify feedstock rods, depositing pore-free metal at > 15 kg/h.

  • 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.
Verfahrensart
Solid-State (kein Schmelzen)
Aufbaurate
5 - 20 kg/h
Porosität
0.0 % (vollständig dicht)
Zielwerkstoff
Al 7075, Al 2024, Mg, Cu

Technical Specifications & Comparison Matrix

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
01

Dynamic Recrystallization in the Shear Zone

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.

02

Processing Aerospace High-Strength Alloys

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.

03

Machine Architecture and Tool Pin Design

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.

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Frequently Asked Questions (FAQ)

Welches Ausgangsmaterial nutzt AFSD?
Das Verfahren verwendet massive Rund- oder Vierkantstangen (typisch 10 bis 25 mm Querschnitt) aus Standard-Knetlegierungen, was Rohstoffkosten dramatisch senkt.
Müssen Bauteile nach dem Druck wärmebehandelt werden?
Für aushärtbare Aluminiumlegierungen (wie 7075) wird eine nachgelagerte T6-Wärmebehandlung (Lösungsglühen, Abschrecken, Warmauslagern) empfohlen, um Spitzenfestigkeiten von über 500 MPa Rm zu erreichen.
Können Hohlräume gedruckt werden?
Aufgrund der hohen Prozessanpresskräfte können geschlossene Hohlräume oder filigrane Überhänge nur eingeschränkt mit Fräsnacharbeit realisiert werden.

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