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13.11.2017 | Additive Fertigung | Im Fokus | Onlineartikel

Blaupause für die nächste SLM-Generation

Autor:
Dieter Beste

Entscheidende Faktoren für den Erfolg additiver Fertigungsverfahren sind die Skalierbarkeit der Bauraumgröße und die Produktivität entsprechender Anlagen. Forscher haben die nächste Maschinengeneration fest im Blick.

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) haben sich auf die Fahnen geschrieben, das Selective Laser Melting (SLM) bzw. Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF) für die Serienproduktion fit zu machen. In Aachen entstand jetzt eine neue SLM-Laboranlage mit effektiv nutzbarem Bauraum von 1.000 mm x 800 mm x 500 mm, mit der sich große Metallbauteile prozesssicher und schnell fertigen lassen. Ideen und Prozessvideos zum neuen System präsentiert das Fraunhofer-ILT auf der formnext 2017 vom 14. bis 17. November in Frankfurt am Main.

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Simulation von Selective Laser Melting Prozessen

Selective Laser Melting (SLM) ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Metallpulverbett punktuell aufgeschmolzen wird. So können komplexe Geometrien hergestellt werden. Allerdings sind die vielfältigen, miteinander interagierenden …


Beim SLM-Verfahren wird das Material punktuell so stark erhitzt, dass es kurzfristig vollständig in die flüssige Phase übertritt und sich beim Erstarren möglichst ohne Einschluss von Poren verfestigt. Damit entsprechen die Werkstoffeigenschaften der so gefertigten Bauteile denen auf herkömmliche Weise verarbeiteten Werkstoffen, die etwa gegossenen oder gewalzt wurden, erläutert Springer-Autor Maike Grund in „Implementierung von schichtadditiven Fertigungsverfahren“. Und: „Verschiedene Firmen haben in Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen in diverse Forschungsaktivitäten zur Weiterentwicklung der Strahlführung und -fokussierung, die Entwicklung von speziellen Belichtungsstrategien und anderen Prozessparametern wie spezieller Schutzgasatmosphären, Beschichtungskonzepten u. v. m. investiert, um einen stabilen Mikro-Schweißprozess zu entwickeln“ (Seite 43).

Große Anlagen für die Serienproduktion

Mit der neuen Laboranlage, deren effektiv nutzbarer Bauraum weit größer ist als bei bisherigen kommerziellen SLM-Anlagen, wollen nun die ILT-Wissenschaftler demonstrieren, dass auch große SLM-Anlagen realisierbar sind und Anlagenbauern die Grundlagen für die nächste Anlagen-Generation an die Hand geben „Wir hoffen darauf, dass mit unserem Anlagenkonzept der Durchbruch für dieses Verfahren in der Serienproduktion gelingt“, kommentiert Christian Tenbrock, Leiter der ILT-Gruppe Rapid Manufacturing.

Einfach zu kontrollierende Prozesse

Im Fokus der Forschung steht die Entwicklung neuer Strategien zur Belichtung und zur Schutzgasströmung. Bisherige Strategien der Schutzgasabsaugung sind bei einem sehr großen Bauraum nicht mehr effektiv, fanden die Aachener Wissenschaftler heraus. Sie setzen stattdessen auf kleine, verfahrbare Bearbeitungsköpfe mit einem lokalen Schutzgasführungssystem, das einen gleichbleibenden Schutzgasstrom an jeder Bearbeitungsstelle für beliebig große Bauräume garantiert.

Laser- und Optiksysteme auf dem Prüfstand

Am ILT werden sowohl Systeme mit Faserlasern als auch Belichtungskonzepte mit Diodenlasern erprobt. Und neben den etablierten Scannersystemen mit Spiegeln untersuchen die Experten auch einen auf Linearachsen hochdynamisch bewegten Bearbeitungskopf mit mehreren individuell steuerbaren Diodenlasern. Der Vorteil dieser sogenannten Multispot-Bearbeitung: Die Aufbaurate des Systems lässt sich durch Erhöhen der Anzahl an Strahlquellen signifikant und kosteneffizient steigern. Tenbrock: „Weil beide Optiksysteme ihre charakteristischen Vor- und Nachteile besitzen, werden wir weiterhin beide Ansätze verfolgen.“

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