Laserstrahlschmelzen in großem Rahmen

  • 21. November 2017

Bauraumvergrößerung ohne Änderung des optischen Systems.

Das „Additive Manufacturing“ gewinnt zunehmend an Bedeutung in der indus­tri­ellen Serien­pro­duktion. Ent­schei­dende Faktoren sind dabei die Skalier­bar­keit der Bau­raum­größe und die Pro­duk­ti­vität ent­spre­chender Anlagen. Wissen­schaftler des Fraun­hofer-Instituts für Laser­technik ent­wickeln vor diesem Hinter­grund das Laser­strahl­schmelzen, kurz SLM für „Selec­tive Laser Melting“, weiter. So ent­stand in Aachen eine neue SLM-Labor­anlage mit effektiv nutz­barem Bau­raum von 1000 mm × 800 mm × 500 mm, mit der sich große Metall­bau­teile prozess­sicher und schnell fertigen lassen. Der Bau­raum ist wesent­lich größer als bis­herige kommer­zielle SLM-Anlagen. Damit will das Fraun­hofer-ILT demon­strieren, dass auch große SLM-Anlagen reali­sier­bar sind. Im Fokus der Ent­wick­lungen stehen dabei neue Strate­gien zur Belich­tung und zur Schutz­gas­strömung.

SLM-Anlage

Abb.: Mit einer Laboranlage entwickelt das Fraun­hofer-ILT die SLM-Technik zu einer 3D-Druck­technik für große Metall­bau­teile weiter. (Bild: Fraun­hofer-ILT)

Bisherige Strategien der Schutzgasabsaugung sind bei einem sehr großen Bau­raum nicht mehr effektiv. Die Wissen­schaftler des Fraun­hofer-ILT setzen statt­dessen auf kleine, ver­fahr­bare Bearbei­tungs­köpfe mit einem lokalen Schutz­gas­führungs­system, das einen gleich­blei­benden Schutz­gas­strom an jeder Bearbei­tungs­stelle für beliebig große Bau­räume garan­tiert.

Am Fraunhofer-ILT werden sowohl Systeme mit Faserlasern als auch Belich­tungs­konzepte mit kosten­günstigen Dioden­lasern erprobt. Neben den etab­lierten Scanner­systemen mit Spiegeln unter­suchen die Forscher einen mit hoch­dyna­mischen Linear­achsen bewegten Bearbei­tungs­kopf mit mehreren indivi­duell steuer­baren Dioden­lasern. Der Vor­teil dieser Multi­spot-Bearbei­tung: Die Auf­bau­rate des Systems lässt sich durch Erhöhen der Anzahl an Strahl­quellen signi­fikant und kosten­effi­zient steigern. Mit dem neuen Anlagen­konzept lässt sich zudem eine Bau­raum­ver­größe­rung aus­schließ­lich durch größere Ver­fahr­wege des Achs­systems ohne Änderung des optischen Systems reali­sieren.

Mit den bei der Forschungsarbeit gewonnenen Erkennt­nissen sollen Anlagen­bauer Grund­lagen erhalten, um die nächste Gene­ration von SLM-Anlagen zu ent­wickeln und zu bauen. „Wir hoffen darauf, dass mit dem Anlagen­konzept der Durch­bruch für dieses Ver­fahren in der Serien­produk­tion gelingt“, sagt Christian Tenbrock vom Fraun­hofer-ILT. Für das Konzept spricht die ein­fache Skalier­bar­keit von SLM-Anlagen: Weil die Anpas­sung der Schutz­gas­absau­gung und Optik ent­fällt, lässt sich die Bau­raum­größe leichter als bisher an die jewei­lige Anwen­dung angleichen.

Ein weiterer, besonders für Anlagenentwickler wichtiger Punkt: Die Wissen­schaftler des Fraun­hofer-ILT ent­wickeln nicht nur die Anlagen­technik, sondern auch die Para­meter für eine effi­ziente Prozess­führung. „Der Mehr­wert ent­steht mit intel­li­genten Strate­gien zur Belich­tung und Bahn­führung sowie geeig­neten Prozess­para­metern“, so Tenbrock. Das lang­fristige Ziel dieser Ent­wick­lung ist nicht nur das Erschließen neuer Anwen­dungen für das SLM, sondern auch die Beschäf­ti­gung mit Heraus­forde­rungen wie Bau­teil­eigen­span­nungen und -verzug. Mit dem neuen Anlagen­konzept sollen sich vor allem funk­tional opti­mierte SLM-Struktur­bau­teile im XXL-Maß­stab für anspruchs­volle Branchen wie die Luft- und Raum­fahrt, die Auto­mobil­industrie oder den Werkzeug- und Formen­bau herstellen lassen – ent­spre­chend der neuen Trends im Leicht­bau und bei der Funktions­integration.

Fh.-ILT / RK

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