3D-Drucker für metallische Luftfahrtkomponenten

Beim 3D-Druck großvolumiger Bauteile bietet das 3DMP-Verfahren besonders hohe Auftragsraten. Um den Prozess für eine industrielle Anwendung zu qualifizieren, finden am BIAS im Rahmen des Verbundprojekts REGIS Forschungsarbeiten an einer lichtbogenbasierten 3D-Druck-Maschine statt.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie besteht der Wunsch nach einem technisch ausgereiften, additiven Fertigungsverfahren zur Herstellung großer metallischer Strukturbauteile mit geringer Wandstärke. Das Verbundprojekt REGIS vereint unterschiedliche Partner aus der Luft- und Raumfahrtindustrie, Anlagenhersteller und weitere Forschungseinrichtungen mit dem Ziel homogene Materialeigenschaften beim Fertigen von Titan und Aluminium mit dem 3DMP-Verfahren sicherzustellen. Dies liefere laut dem Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS) einen wichtigen Beitrag für die Aufhebung der geometrischen Beschränkung beim Fertigen von 3D-gedruckten Bauteilen.

Das 3DMP-Verfahren wurde vom Berliner Anlagenhersteller Gefertec entwickelt und ist ein lichtbogenbasiertes additives Fertigungsverfahren. Mittels CAD-Software werden Bauteile entworfen und anschließend in einzelne digitale Druckschichten, sogenannte CAM-Modelle, zerlegt. Anhand der CAM-Modelle wird schichtweise ein endkonturnahes Halbzeug aufgebaut und anschließend mittels 3D-Scan vermessen. Anhand der Oberflächenmessdaten erfolgt das Fräsen auf die Maße des Fertigteils. 

Die Vorteile des Verfahrens sind unter anderem:

• Kurze Prozesszeiten aufgrund hoher Auftragsraten und weniger Fertigungsschritte
• Herstellung großvolumiger Bauteile ohne Begrenzung durch eine Baukammer
• Hohe Wirtschaftlichkeit aufgrund der Verwendung von kostengünstigem Draht als Ausgangswerkstoff, einer hohen Materialausnutzung und geringen Werkzeugkosten 

BIAS entwickelt Prozessüberwachung

Am 26. Juni wurde für die Forschungsarbeiten eine lichtbogenbasierte 3D-Druck-Maschine mit einem Bauraumvolumen von 0,46 m³ am BIAS in Betrieb genommen. Um konstant homogene Materialeigenschaften garantieren zu können, liegt der Fokus der Arbeiten auf der Untersuchung des Einflusses der Wärme- und Schutzgasführung auf die mechanischen Eigenschaften von Titan- und Aluminiumbauteilen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt darauf, eine Online-Prozessüberwachung der Temperatur des Druckgutes zu entwickeln. Dazu soll eine emissionswertkompensierte, flächenaufgelöste Temperaturfeldmessung in das Anlagenkonzept integrieren werden.