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Über dieses Buch

Die Additive Fertigung hat seit Jahren Ihren Status als Technologie zum Rapid Prototyping überwunden und Einzug in die Serienfertigung von Bauteilen, Werkzeugen und Ersatzteilen gehalten. Diese disruptiv veränderte Perspektive auf die Technologien der Additiven Fertigung führt zu Herausforderungen für Material- und Prozessentwicklung, aber vor allem zu Chancen für völlig neue Lösungen in der Konstruktion, durch z. B. bionische Formgebung, integrierte Effekte und gradierte Materialien.

Dieses Buch gibt im Kontext einen Einblick in die aktuelle Forschung und Entwicklung zum Thema „Konstruktion für die Additive Fertigung 2020“ im deutschsprachigen Raum und wendet sich an Experten in Forschung und Wirtschaft. Es verschriftlicht die Vorträge und Diskussionen auf unserem diesjährigen Workshop am Laserzentrum Hannover e.V. mit den Schwerpunkten: Spezifikation von Bauteilen und Prozessen, Methoden zur Abschätzung der Bauteileignung, Innovative Anwendungen der Additiven Fertigung sowie Entwicklung von Konzepten und Entwürfen. Der Workshop wurde unterstützt durch Niedersachsen Additiv und die Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung e.V.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Additive Fertigung als Erfolgsfaktor für digitale Prozessketten

Zusammenfassung
Die Prozesskette zur Herstellung von Bauteilen mit additiven Fertigungsverfahren unterscheidet sich bei näherer Betrachtung von der konventioneller Verfahren. Besonders maschinenbedingte Zwischenschritte sind unumgänglich, das Bauteilhandling in Kombination mit subtraktiven Verfahren stellt eine Herausforderung dar. Jedoch können komplizierte Strukturen mit einem geringen Aufwand umgesetzt werden.
Die Verfahren der Additiven Fertigung werden aus Sicht des Produktentstehungsprozesses immer in eine Prozesskette eingebettet. Der Produktentstehungsprozess stellt hierbei die Produktentwicklung, Produktionsvorbereitung und Produktion selbst dar. Innerhalb dieser Prozesse greift die Additive Fertigung in mehreren Bereichen an. Beispielsweise müssen Potenziale der Additiven Fertigung in Form von Gestaltungszielen bereits in der digitalen Produktplanung berücksichtig, als auch eine entsprechende Qualitätssicherung ausgewählt werden.
Im Rahmen dieses Beitrags wird auf die Grundlagen des Produktentstehungsprozesses sowie der Prozesskette für die Additive Fertigung eingegangen, um die wesentlichen Herausforderungen aufzuzeigen. Um diese Herausforderungen innerhalb der Prozesskette zu verdeutlichen, werden praxisnahe Beispiele aus dem Bereich der optischen Messtechnik, der Optikfertigung und der Prothetik erläutert.
Katharina Rettschlag, Tobias Grabe, Patrik Müller, Roland Lachmayer

Gestaltung und Optimierung

Frontmatter

Bildgebungsbasiertes individuelles Design und additive Fertigung von osteochondralen Knochenersatzstrukturen

Zusammenfassung
Design und Fertigung individueller, künstlicher Ersatzgewebe sind große Herausforderungen der biomedizinischen Forschung. Extrusionsbasierte additive Fertigungsmethoden eröffnen neue Möglichkeiten, um Biomaterialien nach einem individuellen Design anzuordnen. Der Schwerpunkt aktueller Forschungstätigkeiten liegt in der Generierung individueller biodegradierbarer Scaffolds sowie der Etablierung automatisierter Prozessketten zur Modellerstellung.
Am Beispiel des Kniegelenks wird der patientenindividuelle Ersatz von lädiertem Knochen- und Knorpelgewebe mit Mehrkomponenten-Strukturen dargestellt. Es kommt eine neue Methode der direkten Nutzung von Daten aus der Bildgebung (CT, MRT) im Modellierwerkzeug (CAD-System) zum Einsatz. Der Vorteil dieser Methode besteht im Berücksichtigen und der gezielten Darstellung aller Bildgebungsinformationen im Konstruktionsprozess, die sonst bei Segmentierung, Modellerstellung etc. verloren gehen.
Zur Vorbereitung der individuellen Modelldaten für den Mehrkomponenten-Druck werden entwickelte Softwaremethoden zur Bahngenerierung und Verarbeitung pastöser Materialien vorgestellt. Letztendlich erfolgt die Fertigung der zonalen Ersatzstruktur aus Knochenzement (CPC), welches den knöchernen Bereich ersetzt und einem Hydrogel, welches den Bereich des zu ersetzenden Knorpels abdeckt.
Philipp Sembdner, David Kilian, Dirk Hofmann, Stefan Holtzhausen, Tilman Ahlfeld, Anja Lode, Ralph Stelzer, Michael Gelinsky

Effiziente Oberflächenmodellierung für die additive Fertigung von Prototypen für akustische Metamaterialien

Zusammenfassung
Während herkömmliche Ansätze zur Minderung von Störgeräuschen oft mit einer Erhöhung der Masse einhergehen, realisieren akustische Metamaterialien (AMM) eine hohe Geräuschabsorption bei gleichzeitig guten Leichtbaueigenschaften. Die Erzeugung der Gitterstruktur des AMMs mit konventionellen Konstruktionsmethoden ist jedoch mit großem Aufwand verbunden. In dieser Arbeit wurde ein AMM mittels Oberflächenmodellierung konstruiert und mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt.
Bei der Konstruktion wird die Matlab-Toolbox „Solid Geometry Library Toolbox“ verwendet, wobei die Objekterzeugung auf Befehlen der Programmiersprache SG Coding basiert und die Körper vollständig durch die Menge ihrer ebenen Oberflächen beschrieben werden. Dadurch wird der Konstruktionsaufwand deutlich reduziert. Zudem lassen sich die Modelle direkt in STL-Dateien konvertieren und bei der additiven Fertigung verwenden.
Um die feinen Gitterstrukturen mit hoher Genauigkeit herzustellen, wird das Stereolithografie-Verfahren verwendet. Durch die Kombination der Objektmodellierung mittels der Solid Geometry Library Toolbox und Stereolithografie konnte der Aufwand für die Konzeption und das Prototyping von AMM stark reduziert werden.
Duo Xu, Diana Grill, Yilun Sun, Anand Vazhapilli Sureshbabu, Martin Eser, Tim C. Lüth, Markus Zimmermann

Konstruktion und Auslegung von Biegegelenken für die Herstellung individueller Unterschenkelorthesen mittels additiver Fertigung

Zusammenfassung
Unterschenkelorthesen werden vom Orthopädietechniker individuell an den Patienten angepasst. Dieser Vorgang ist aktuell sehr zeitaufwendig und erfordert höchstpräzise Arbeit des Technikers. Zudem fehlt die Möglichkeit für eine genaue Reproduktion der am Herstellungsprozessende stehenden Orthese. Beschrieben wird eine digitale Prozesskette zur Herstellung reproduzierbarer individueller Orthesen sowie die Entwicklung parametrischer Unterschenkelorthesengelenke. Die additive Fertigung bietet hier aufgrund schneller, digitaler Umsetzungsmöglichkeiten optimale Unterstützung.
Im Fokus der Konstruktion und Auslegung anpassbarer Biegegelenke steht die Optimierung der nötigen, individuellen und definierten Flexibilität sowie Steifigkeit und Unterstützung der Unterschenkelorthese im Fußknöchelbereich. Grundlage bilden generische Geometriemodelle der Gelenke und Neuronale Netze für wissensbasierte Auswahl und Anpassung. Weiterhin wird deren Integration in die Gesamtprozesskette betrachtet, um den Orthopädietechniker im Erstellungsprozess zu unterstützen. Ziel ist die schnellere, effizientere Herstellung von Unterschenkelorthesen sowie erhöhter Tragekomfort mit optimaler Gangunterstützung der Patienten durch individuelle parametrische Biegegelenke. Zur Umsetzung mittels additiver Fertigungsverfahren werden MJF- und SLS-Verfahren sowie die Kunststoffe PA12 und PA2200 betrachtet.
Lydia Mika, Axel Hollmer, Paul Naake, Fatemeh Mehdipour, Stefan Holtzhausen, Ralph Stelzer

Simulation, Validierung und Qualitätssicherung

Frontmatter

Vision: Digitale Zwillinge für die Additive Fertigung

Zusammenfassung
Die Simulation komplexer multi-physikalischer Prozesse wie in der Additiven Fertigung ist mit herkömmlichen numerischen Methoden extrem anspruchsvoll und zeitaufwändig. In der Prozessentwicklung werden daher oftmals nur vereinfachte analytische oder empirische Modelle verwendet. Durch die Fortschritte im Maschinellen Lernen können verlässliche empirische Ansätze zunehmend auch aus großen Datenmengen – Big Data – gewonnen werden. Die Generierung von Big Data in der Additiven Fertigung erfordert jedoch wiederum komplexe, teure Sensorik. Bei hohen Geschwindigkeiten und thermischen Gradienten ist es manchmal aber auch mit der besten Sensorik schlicht nicht möglich, bestimmte Daten verlässlich zu generieren.
Es konnte bereits gezeigt werden, dass neuronale Netze auch ohne Big Data und nur anhand von ohnehin vorliegenden Daten, den Anfangs- und Randbedingungen, trainiert werden können. Aktuelle Forschung beschäftigt sich daher mit der Fragestellung, inwieweit die Simulation mit neuronalen Netzen einerseits und Daten-getriebene Ansätze andererseits sinnvoll kombiniert werden können. Ultimatives Ziel ist dabei die Erzeugung digitaler Zwillinge für die additive Fertigung.
Henning Wessels, Peter Wriggers

Sensorierte Handhabung von technischen Textilien durch gedruckte Greifer aus leitfähigen Filament

Zusammenfassung
Für eine automatisierte Handhabung von technischen Textilien sind sensorierte Handhabungssysteme erforderlich. Diese geben z. B. Aufschluss über die Haltekraft beim Greifen eines trockenen technischen Textils. Die additive Fertigung unterstützt hierbei die Herstellung von komplexen Geometrien und gleichzeitig innerhalb des Druckprozesses Sensorik in ein Bauteil zu integrieren. Durch diese Funktionsintegration entfallen zusätzliche Sensoren für das Handhabungssystem. In dieser Arbeit wird durch das Fused Deposition Modeling (FDM) Druckverfahren eine sensorintegrierte Aufnahme für einen Strömungsgreifer aus PLA und leitfähigen Filament gefertigt. Diese Sensorplatte dient der mehrachsigen Kraftmessung, womit die Halte- und Scherkräfte beim Greifen und Vorformen von Textil gemessen werden. Mittels einer Universalprüfmaschine werden diese durch Schäl- und Druckversuche untersucht. Dadurch ist ein prozesssicheres Regeln der Haltekraft sowie das Detektieren einer Verschiebung des Textils während eines Vorformprozesses möglich. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Verwendung von Additiver Fertigung sensorierte Greifer bzw. Handhabungssysteme hergestellt werden können.
Michael Brink, Michael Vogel, Klaus-Dieter Thoben

Modellierung und Evaluation thermischer Effekte für die laserbasierte Additive Fertigung von funktionalen Glaswellenleitern

Zusammenfassung
In weitreichenden Einsatzgebieten der Hochleistungslasertechnik werden Quarzglasfasern aufgrund ihrer hohen optischen Leitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit eingesetzt.
Beim Laser Glass Deposition Prozess (LGD) werden mit einem CO2-Laser lokal Temperaturen von über 1500 °C ins Glas eingebracht. Dieses Verfahren ermöglicht die additive Fertigung und das Rapid Prototyping von Glas durch das Anschmelzen und schichtweise Ablegen von Fasern. Die Forschung und Entwicklung des LGD-Prozesses ist derzeit in einem frühen Stadium, wodurch die Temperaturfelder, die während des Herstellungsprozesses im Glas entstehen, weitgehend unbekannt sind. Die lokalen Verarbeitungstemperaturen und Temperaturgradienten haben jedoch großen Einfluss auf die Fertigungsqualität.
Im Rahmen dieses Beitrages wird ein Simulationsmodell zur Beschreibung der thermischen Vorgänge in einer Glasfaser während des Fertigungsprozesses erstellt und auf Basis von experimentellen Daten evaluiert. Ziel ist die Vorhersage der lokal auftretenden Prozesstemperaturen unter Berücksichtigung der temperatur-abhängigen Absorption der Laserstrahlung im Glasvolumen. Basierend auf diesem Simulationsmodell werden Fertigungsparameter wie die Leistung des Lasers und die Materialzufuhr rechnerisch evaluiert.
Tobias Grabe, Katharina Rettschlag, Song Wang, Roland Lachmayer

Spezifikationen, Potenziale und Lösungsfindungen

Frontmatter

Additiv gefertigte Glaskugellinsen für die Anwendung

Zusammenfassung
Das Laser-Glass-Deposition Verfahren (LGD) ermöglicht eine laser- und glasfaserbasierte Additive Fertigung optischer Komponenten aus Glas im Makro- bis Mikrometerbereich bei gleichzeitig hoher Gestaltungsfreiheit. Die guten optischen Eigenschaften sowie Temperatur- und Umweltbeständigkeit von Glas führen dazu, dass diese Verfahrens-Werkstoffkombination insbesondere für Anwendung in Hochleistungsbereichen interessant ist.
Der Einsatz von Glaskugellinsen in Hochleistungsbereichen erfordert neben der thermischen Beständigkeit des Materials auch die gezielte Reproduzierbarkeit der Linsengeometrien, um gleichbleibende optische Eigenschaften sicherzustellen. Da die Additive Fertigung mittels LGD-Verfahren einen neuen Herstellungsansatz für Glaskugellinsen darstellt, existieren bisher keine Daten zu Prozessparametern für eine reproduzierbare Fertigung definierter geometrischer und optischer Eigenschaften.
Dieser Beitrag definiert zunächst Prozessparameter, um mithilfe des LGD-Verfahrens Glaskugellinsen variabler Größen additiv fertigen zu können. Anschließend wird die Reproduzierbarkeit geometrischer Eigenschaften durch Variation ausgewählter Prozessparameter überprüft und die optischen sowie thermomechanischen Eigenschaften der Glaskugellinsen ermittelt. Abschließend wird das Potenzial additiv gefertigter Glaskugellinsen anhand der Anwendung für optische Netzwerke erläutert.
Katharina Rettschlag, Peer-Phillip Ley, Fabian Kranert, Moritz Hinkelmann, Stefan Kaierle, Roland Lachmayer

Optimierung von Produktivität und Materialeinsatz bei FDM-gedruckten Schutzmasken

Zusammenfassung
Die unvorhergesehene weltweite Krise, hervorgerufen durch die schnelle Verbreitung des COVID-19 Erregers hat die Gesellschaften der Welt vor neuartige Probleme gestellt. Güter, die vorher in hinreichender Menge vorhanden waren, sind plötzlich Mangelware. Insbesondere Schutzmasken für weite Teile der Bevölkerung. Die dezentrale Fertigung mittels verbreiteter FDM-Drucker ermöglicht dabei eine schnelle und kurze Problemlösung. Allerdings ist die Produktivität begrenzt.
Durch eine sehr differenzierte Spezifikation und kreative Lösungsfindung lassen sich die Vorteile des FDM-Verfahrens mit einer höheren Produktivität bei gleichzeitiger Reduktion des Materialeinsatzes verknüpfen. Im Beitrag werden das prinzipielle Vorgehen und unterschiedliche Lösungsansätze zur Erreichung des Ziels dargestellt und diskutiert. Es wurden sowohl flächige Abwicklungen mit der Möglichkeit des gestapelten Ausdrucks, zur Reduzierung der Vorbereitungszeiten, als auch räumliche Strukturen mit hybriden Werkstoffansätzen untersucht. Sie liefern einen prinzipiellen Ansatz für die Lösung derartiger Probleme.
Christian Schmid, Markus Ehrlenbach

Additive Materialextrusion von Glas und mineralischen Materialien

Zusammenfassung
Eine Vergrößerung der Vielfalt additiver Fertigungsprozesse zeigt sich als überaus begünstigend für die Ideengenerierung und Konstruktion innovativer Bauteile mit verbesserter Materialkomplexität. Die verfügbaren Prozesse zur additiven Verarbeitung von hochschmelzenden Materialien beschränken sich momentan hauptsächlich auf Laserauftragschweißen, Verfahren mit Pulverbett oder die Nutzung von Pasten und Filamenten mit Zusätzen des hochschmelzenden Materials. Abgesehen von ersterem benötigen diese Prozesse oft zusätzliche Prozessschritte wie nachträgliches Sintern, um Endbauteile herzustellen. Dadurch eignen sie sich weniger für eine Dezentrale Produktion von Bauteilen und somit bleiben einige der Potenziale additiver Fertigung ungenutzt. Diese Veröffentlichung behandelt einen innovativen additiven Prozess auf Basis der Materialextrusion, der perspektivisch zur Herstellung von Gebäuden auf dem Mond genutzt werden könnte. Mittels zylindrischen Halbzeugen werden Glas und mineralischen Materialien bei Verarbeitungstemperaturen über 1000 °C zur Herstellung von Bauteilen genutzt. Durch dieses Verfahren könnte in Zukunft eine Multi-Material Bauweise realisiert, sowie die Kosten von hochkomplexen Bauteilen für Hochtemperaturanwendungen gesenkt werden.
Raphael Freund, Dirk Philipp, Thomas Vietor

Konzepte für die Additive Fertigung optischer Elemente mit hochtransparenten Silikonwerkstoffen

Zusammenfassung
Die additive Fertigung eignet sich zur Herstellung individuell angepasster Freiform-Optiken mit hoher Gestaltkomplexität. Während additive Fertigungstechnologien für klassische Polymere seit vielen Jahren industriell verfügbar sind, befindet sich die additive Fertigung mit hochtransparenten Silikonwerkstoffen noch in der Entwicklung. Die Vorteile von Silikonen verglichen mit thermoplastischen Kunststoffen liegen in der sehr guten Widerstandsfähigkeit gegenüber höheren Umgebungstemperaturen, sowie UV- und Umwelteinflüssen.
Durch die Analyse existierender Fertigungsverfahren für Silikonwerkstoffe wird gezeigt, dass die für die Herstellung von optischen Elementen benötigte Formgenauigkeit und Oberflächenqualität eine Herausforderung darstellt. Mit derzeit verwendeten Werkstoffen kann kein hinreichender Transmissionsgrad erreicht werden. Weiterhin müssen die Bauteile eine hinreichende Homogenität aufweisen, um unerwünschte optische Effekte, wie Streuung, Reflexionen und Interferenzen auszuschließen.
Um die Herausforderungen existierender Verfahren bezüglich der Herstellung optischer Elemente zu überwinden, werden in diesem Beitrag technische Lösungen erarbeitet und methodisch gegenübergestellt. Anhand dieser Lösungen wird im Anschluss ein Verfahrenskonzept zur additiven Fertigung hochtransparenter, optischer Elemente aus Silikonwerkstoffen beschrieben.
Tobias Biermann, Peer-Phillip Ley, Arved Ziebehl, Jan Feldmann, Roland Lachmayer

Prozesskette und Geschäftsmodelle

Frontmatter

Koaxiales Laser-Pulver-Auftragschweißen mit zentraler Schweißgutzufuhr über ein Kapillarröhrchen zur Steigerung der Pulverausnutzung

Zusammenfassung
Aufgrund der hohen Kosten von speziellen Pulverwerkstoffen beim Laser-Auftragschweißen zeigt sich konventionelle Systemtechnik hinsichtlich der Pulverausnutzung nachteilig: Bei zentraler Laserstrahlführung und einer Pulverzufuhr über eine Ringspaltdüse tritt erhöhter Pulververlust auf, da der Pulverstrahldurchmesser den des Schmelzbades auf dem Werkstück deutlich übersteigt. Besonders bei filigranen Strukturen im Mikrometer-Bereich tritt ein Pulververlust von bis zu 90 % ohne mögliche Pulverrückgewinnung auf.
Der neuartige Ansatz zur Reduktion des Pulververlusts basiert auf einer Kapillardüse in Kombination mit dem LZH-Bearbeitungskopf für das koaxiale Laserauftragschweißen. Dieser verfügt über eine mittig angeordnete Schweißgutzufuhr und vier einzelne Laserstrahlen, die den Schweißzusatzwerkstoff koaxial umschließen. Dieser Aufbau ermöglicht eine richtungsunabhängige Bearbeitung ohne Pulverabschattung bei gleichzeitig gesteigerter Pulverausnutzung, da die Form des Pulver-Gas-Stromes durch den Einsatz eines Kapillarröhrchens mit einem Durchmesser von 0,6 mm deutlich verbessert wird.
Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung und Umsetzung der auf dem Kapillarröhrchen basierenden Düse sowie der entsprechenden Versuche zur Steigerung des Pulverausnutzungsgrades beim Laser-Pulver-Auftragschweißen.
Marius Lammers, Robert Bernhard, Philipp Neef, Henning Wiche, Christian Hoff, Jörg Hermsdorf, Stefan Kaierle, Henning Ahlers, Volker Wesling

Können wir das nicht reparieren? – Entwicklung eines Klassifikationsrahmens für den Einsatz von Additive Repair im Maschinen- und Anlagenbau

Zusammenfassung
Die weltweite Produktion von Gütern ist eng getaktet, sodass mit Maschinenstillständen die Gefahr von Rückstau in Produktionsprozessen einhergeht. Mit After-Sales-Services streben Unternehmen die Vermeidung dieser Stillstände an. Dabei erfordert die räumliche Distanz zwischen Hersteller und Kunde insbesondere im exportstarken Maschinen- und Anlagenbau eine Anpassung dieser Services, um zeitnah auf Stillstände reagieren zu können. Eine der Stellschrauben im After-Sales-Geschäft ist die Ersatzteilversorgung, da mit beschädigten Komponenten bei Stillständen Folgekosten einhergehen und Kunden der Ersatzteilversorgung eine hohe Bedeutung beimessen.
Der Einsatz additiver Fertigungsverfahren zur Reparatur von Bauteilen vor Ort verspricht gegenüber dem klassischen Ersatzteilmanagement Zeit- und Kostenvorteile. Obwohl Additive Repair & Refurbishment (AR&R) bereits bei hochpreisigen Investitionsgütern eingesetzt wird, ist die Anwendung in anderen Teilen des Maschinen- und Anlagenbaus noch mit Fragen verbunden, die im Rahmen dieses Beitrages expliziert werden. Hierzu werden Entscheidungskriterien für den Einsatz von AR&R entwickelt, die sowohl wirtschaftliche als auch technische Bauteilmerkmale berücksichtigt.
Jonas Brinker, Andre Bertke, Nicola Ganter, Oliver Thomas, Roland Lachmayer

Einsatzmöglichkeiten der additiven Fertigung in der Herstellung von Phantomen

Zusammenfassung
In der medizinischen Bildgebung ist die Qualitätssicherung, wie u.a. die Dosimetrie in der Strahlentherapie, unerlässlich. Um diese zu gewährleisten, können sog. Phantome eingesetzt werden. Phantome bezeichnen physische Modelle, die biologisches Gewebe und dessen Eigenschaften, wie bspw. Röntgenabsorptionseigenschaften oder Magnetresonanz-Relaxationszeiten, in der medizinischen Bildgebung nachahmen. So kann u. a. sichergestellt werden, dass die Bildauflösung oder die Treffsicherheit bei einer Intervention innerhalb der definierten Toleranzen bleibt. Additive Fertigungsverfahren bieten die Möglichkeit, Phantome mit einer hohen geometrischen Freiheit kostengünstig, modular und patientenspezifisch herzustellen. Dabei stellen oftmals dreidimensionale Patientendatensätze aus der medizinischen Bildgebung die Grundlage für die weitere konstruktive Ausarbeitung dar und führen zu einem speziellen Vorgehen bei der Erstellung von medizinischen Phantomen. Anhand von mehreren in vorherigen Arbeiten entwickelten Anwendungsbeispielen, die Prostata-Phantome in der Fusionsbiopsie und Strahlentherapie sowie Maus-Phantome in der Kleintier-Bestrahlung umfassen, werden additive Fertigungsmöglichkeiten von Phantomen aufgezeigt. Dabei wird insbesondere auf den Unterschied zwischen der direkten und indirekten additiven Fertigung eingegangen.
Marie Wegner, Elisabetta Gargioni, Dieter Krause

Einsatz additiver Fertigungsverfahren für die Bauteilreparatur: Ein literaturbasierter Überblick

Zusammenfassung
Viele Bauteile erreichen aufgrund eingeschränkter Möglichkeiten zur Wartung und Instandhaltung vorzeitig ihr End-of-Life. Additive Fertigungsverfahren bieten jedoch die Möglichkeit, Bauteile zu reparieren, die bisher als nicht reparabel galten. Weiterhin können Bauteile in der additiven Reparatur optimiert werden, sodass z. B. das Wartungsintervall bzw. die Standzeit verlängert wird. Zur Aufbereitung bestimmter Bauteile, bspw. Turbinenschaufeln, werden einzelne additive Verfahren bereits eingesetzt. Neben diesen wenigen Beispielen fehlt es jedoch an Informationen, für welche Schäden und Bauteile additive Verfahren sinnvoll eingesetzt werden können und welche Verfahren sowie technologischen Prozessketten dies im konkreten sind. Dieser Beitrag gibt einen literaturbasierten Überblick über den bisherigen Einsatz additiver Fertigungsverfahren zur Bauteilreparatur. Es wird dargestellt, welche additiven Verfahren für Additive Repair eingesetzt werden und für welche Reparaturaufgaben Additive Repair angewendet wird. Darauf basierend wird abgeleitet, welche Bauteilmerkmale zur Beurteilung der technischen Machbarkeit von Additive Repair betrachtet werden müssen.
Nicola Ganter, Paul Christoph Gembarski, Roland Lachmayer

Entwicklung eines innovativen Anlagenkonzepts für die Verarbeitung von Ti-6Al-4V im LPBF-Prozess unter silandotierter Argonatmosphäre

Zusammenfassung
Die Anwesenheit von Sauerstoff bewirkt beim Laser Powder Bed Fusion (LPBF) eine Bauteilversprödung und führt zu Oxidschichten mit verschlechterten Benetzungseigenschaften des Grundwerkstoffes. Zur Inertisierung der Prozessatmosphäre wird deshalb beim LPBF herkömmlicherweise Argon eingesetzt, wobei der Restsauerstoffgehalt bei Normaldruck weiterhin kritische Oxidationen bewirkt.
Als neuartiger Ansatz verspricht eine Dotierung des Argons mit Monosilan (1,5 % Monosilan in Argon) eine Verringerung des Restsauerstoffgehaltes in einen XHV-adäquaten Bereich (Extreme High Vacuum). Die veränderte Prozessatmosphäre und die Eigenschaften des Monosilans erfordern die Entwicklung einer speziellen Fertigungsanlage.
In dieser Veröffentlichung wird dazu die Wechselwirkung des Gasgemisches mit verschiedenen Konstruktionsmaterialien und Ti-6Al-4V-Pulverwerkstoff in einer Versuchskammer untersucht. Dabei kann gezeigt werden, dass für die Konstruktion metallische Werkstoffe und glatte Oberflächen zu bevorzugen sind. Zur Vermeidung der Ablagerung von Reaktionsprodukten in der Prozesszone ist eine laminare Strömung anzustreben, welche durch Leitbleche und Wabenstrukturen erreicht werden kann. Hierzu wird die Gestaltung der Gasströmung in der Versuchsanlage mittels Strömungssimulation optimiert.
Nicole Emminghaus, Sebastian Fritsch, Hannes Büttner, Jannes August, Marijan Tegtmeier, Michael Huse, Marius Lammers, Christian Hoff, Jörg Hermsdorf, Stefan Kaierle

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