3D-Druck zehnfach effizienter

  • 08. November 2018

Neue Prototypanlage für produktivere selektive Laserschmelz-Prozesse.

Um die Zukunft des 3D-Drucks geht es auf der Fachmesse „formnext 2018“ in Frankfurt am Main. Besonders spannende Einblicke bietet das Fraunhofer-Fokus­projekt futureAM, an dem sechs Fraunhofer-Institute beteiligt sind: Im Mittelpunkt steht zum einen die ganzheitliche Sicht auf die digitale und physische Wert­schöpfung vom Auftrags­eingang bis zum fertigen metallischen 3D-Druck-Bauteil, zum anderen der Sprung in eine neue Tech­nologie-Generation der additiven Fertigung.

Abb.: Selektive Laserschmelze: Prototypanlage „Laser Powder Bed Fusion LPBF“ mit einem relativ großen nutzbaren Bauraum. (Bild: Fh.-ILT)

Abb.: Selektive Laserschmelze: Prototypanlage „Laser Powder Bed Fusion LPBF“ mit einem relativ großen nutzbaren Bauraum. (Bild: Fh.-ILT)

Unter der Feder­führung des Fraunhofer-Instituts für Laser­technik ILT aus Aachen startete „futureAM – Next Generation Additive Manu­facturing“ vor einem Jahr mit dem Ziel, das Additive Manu­facturing von Metallbau­teilen mindestens um den Faktor Zehn zu beschleunigen. „Im Mittelpunkt unserer Arbeiten steht die komplette Prozess­kette von der Auftrags­abwicklung über Design und Simulation bis hin zur Fertigung in den Maschinen“, erklärt Christian Tenbrock, Projekt­koordinator von futureAM. „Diese Betrachtungs­weise ist für uns sehr wichtig, denn Ganzheit­lichkeit ist der eigentliche Kern des Projektes.“ Die Forschungs­plattform entwickelt digitale Prozess­ketten, skalierbare und robuste AM-Prozesse, Systemtechnik und Auto­matisierung sowie maßge­schneiderte AM-Werkstoffe.

Auf der „formnext 2018“ stellt das Fraunhofer ILT zum Thema skalier­bare Prozesse ein Maschinen­konzept zum Laser Powder Bed Fusion LPBF, eine selektive Laser­schmelze von großen Metall­bauteilen vor. Für eine bereits entwickelte Labor­anlage mit einem sehr großen, effektiv nutzbaren Bauraum haben die Aachener einen neuen Laserkopf entwickelt, der die Produktivität im Vergleich zu üblichen LPBF-Anlagen um den Faktor Zehn steigert. Derzeit realisieren die Forscher das Konzept, in 2019 starten dann die ersten Praxis­versuche mit dieser Prototyp­anlage.

Zudem lassen sich mit dem „Extremen Hochge­schwindigkeits-Laserauf­tragschweißen EHLA“ Bauteile besonders wirt­schaftlich und gleichzeitig umwelt­freundlich beschichten, reparieren oder additiv fertigen. Bewährt hat es sich bereits beim sehr schnellen Auftragen von dünnen Schutz­schichten, beispiels­weise auf meterlange Offshore-Zylinder. Bisher kam EHLA nur bei rotations­symmetrischen Teilen zum Einsatz. Im nächsten Schritt steht nun das Erzeugen von 3D-Geometrien an. Dazu entsteht in Aachen eine Prototyp-Anlage, auf der das Werkstück hoch­dynamisch mit bis zum Fünffachen der Erdbe­schleunigung unter der EHLA-Pulverdüse bewegt wird.

Außerdem arbeiten die Aachener an neuen Methoden zur Überwachung des metal­lischen 3D-Drucks, um die Prozess­robustheit zu steigern. „Mit Körperschall­sensoren in der Bauplattform wollen wir künftig kritische Ereignisse wie etwa das Abreißen von Stütz­strukturen detektieren“, erklärt Tenbrock. Ebenfalls im Ultraschall­bereich arbeiten Sensoren, die den Luftschall analysieren, um die Bauteil­qualität zu ermitteln. Noch einen Schritt weiter in die Zukunft gehen Forschungen zur laser­basierten Ultraschall­messung, bei der ein gepulster Laser im Bauteil Körper­schall induziert, den wiederum ein Laser­vibrometer erfasst. „Wir wollen so an Ort und Stelle selbst winzige Poren aufspüren, um sofort regelnd eingreifen zu können“, erläutert der Wissen­schaftler. „Das in situ-Mess­verfahren soll es zum Beispiel ermöglichen, proble­matische Stellen mit einem weiteren Belichtungs­vorgang nachzu­bearbeiten.“

Fh.-ILT / JOL

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