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29-10-2018 | Additive Fertigung | Im Fokus | Article

Potenziale des Additive Manufacturing

Author:
Dieter Beste
3:30 min reading time

Forscher bereiten den Sprung in eine neue Technologie-Generation der additiven Fertigung vor. Den Metalldruck wollen sie um einen Faktor 10 beschleunigen. Auch werden Überlegungen angestellt, selbstlernende Roboter in den Fertigungsprozess einzubinden.


Die 3D-Fertigung von Präzisionsbauteilen mittels additiver Herstellungsverfahren stand Mitte Oktober im Mittelpunkt des LaserForums 2018, das der Fachverband für Mikrotechnik (IVAM) an der Ruhr-Universität Bochum ausrichtete. Die gestalterischen Freiheiten der additiv-generativen Fertigungstechnologien könnten beispielsweise künftig noch besser zur Geltung gebracht werden, wenn die Laser-Metall-Deposition (LMD) durch ein selbstlernendes Robotersystem ergänzt werde. Rainer Beccard, Geschäftsführer von Lunovu, stellte ein System vor, das nach automatischer optischer Erfassung der Werkstückoberfläche, die effizientesten Prozessbahnen selber plant. Die Maschinen-Intelligenz sei dabei entscheidend: Diese mache es wesentlich unkomplizierter, Freiformen herzustellen, als wenn nach CAD-Vorlage programmiert werden müsse.

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Zusammenfassung und Ausblick

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen aufgrund ihrer geometrischen Freiheitsgrade die Herstellung komplexer, optimierter Produkte. Trotzdem sind in der Anwendung der Technologie zahlreiche Potentiale noch nicht erschlossen. In dieser Arbeit …


Matsuura, Hersteller von Hochleistungs-Bearbeitungszentren, stellte auf dem LaserForum 2018 die Vorteile von hybrid-additiven Herstellungsmethoden vor. Eine Lösung des Unternehmens: Selektives Laserschmelzen (SLM) wird mit all seinen gestalterischen Freiheiten mit einem anschließenden Fräsprozessschritt verbunden, sodass zum Beispiel tiefe Schlitze ohne Erodieren hergestellt werden können. Eine aktuelle Übersicht über den gegenwärtigen Stand von Wissenschaft und Technik additiver Fertigungsverfahren, Datenvorbereitung und digitale Prozesskette, Angebots- und Vorkalkulation, Bauteiloptimierung sowie Potenzialbewertung liefert Springer-Autor Jan-Peer Rudolph in "Cloudbasierte Potentialerschließung in der additiven Fertigung" ab Seite 7.

Komplette Prozesskette als roter Faden

Mitte November trifft sich die Branche auf der Messe formnext 2018 in Frankfurt am Main. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT), Aachen, wollen dort erste Ergebnisse des institutsübergreifenden und seit einem Jahr laufenden Projekts Next Generation Additive Manufacturing (futureAM) vorstellen. Dessen Ziel ist es, das Additive Manufacturing von Metallbauteilen mindestens um den Faktor 10 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, wissenschaftlicher Mitarbeiter am ILT und Projektkoordinator von futureAM. Die Forschungsplattform entwickele seit einem Jahr digitale Prozessketten, skalierbare und robuste AM-Prozesse, Systemtechnik und Automatisierung sowie maßgeschneiderte AM-Werkstoffe. 

So will das ILT zum Thema skalierbare Prozesse in Frankfurt ein Maschinenkonzept zum Laser Powder Bed Fusion LPBF, auch bekannt als Selective Laser Melting SLM, von großen Metallbauteilen vorstellen. Für die bereits auf der letzten formnext gezeigte Laboranlage mit ihrem sehr großen, effektiv nutzbaren Bauraum (1.000 mm x 800 mm x 500 mm) haben die Aachener einen neuen Laserkopf entwickelt, der die Produktivität im Vergleich zu üblichen LPBF-Anlagen um den Faktor 10 steigern soll.

Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen 

Mit dem Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA), lassen sich Bauteile nach ILT-Angaben besonders wirtschaftlich und gleichzeitig umweltfreundlich beschichten, reparieren oder additiv fertigen. Bewährt habe sich das Verfahren bereits beim sehr schnellen Auftragen von dünnen Schutzschichten, beispielsweise auf meterlange Offshore-Zylinder. Bisher kam EHLA allerdings nur bei rotationssymmetrischen Teilen zum Einsatz. Im nächsten Schritt wollen die Forscher nun 3D-Geometrien erzeugen. Dazu entsteht in Aachen eine Prototyp-Anlage, auf der das Werkstück hochdynamisch mit bis zum Fünffachen der Erdbeschleunigung unter der EHLA-Pulverdüse bewegt werden kann. 

Das Ohr am Prozess

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", sagt 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 solle es zum Beispiel ermöglichen, problematische Stellen mit einem weiteren Belichtungsvorgang nachzubearbeiten.

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