Ganzheitlich den Faktor 10 im Visier: »futureAM – Next Generation Additive Manufacturing«

Die komplette Prozesskette dient als roter Faden

Unter der Federführung des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT aus Aachen startete »futureAM – Next Generation Additive Manufacturing« im November 2017 mit dem Ziel, das Additive Manufacturing von Metallbauteilen (Metall AM) 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 Fraunhofer ILT und Projektkoordinator von futureAM.

»Diese Betrachtungsweise ist für uns sehr wichtig, denn Ganzheitlichkeit ist der eigentliche Kern des Projektes.« Die Forschungsplattform entwickelt seit einem Jahr digitale Prozessketten, skalierbare und robuste AM-Prozesse, Systemtechnik und Automatisierung sowie maßgeschneiderte AM-Werkstoffe.

In Frankfurt am Main stellt das Fraunhofer ILT zum Thema skalierbare Prozesse ein Maschinenkonzept zum Laser Powder Bed Fusion LPBF, auch bekannt als Selective Laser Melting SLM, von großen Metallbauteilen vor.

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 steigert. Derzeit realisieren die Forscher das Konzept, in 2019 starten dann die ersten Praxisversuche mit dieser Prototypanlage.

Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen in drei Dimensionen

Um eine mehrfach preisgekrönte Technik geht es beim »Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA«, mit dem sich Bauteile besonders wirtschaftlich und gleichzeitig umweltfreundlich beschichten, reparieren oder additiv fertigen lassen.

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.

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«, 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.«

Fraunhofer-Fokusprojekt »futureAM – Next Generation Additive Manufacturing«

Mit futureAM treibt die Fraunhofer-Gesellschaft die Weiterentwicklung der additiven Fertigung metallischer Bauteile systematisch voran. Diese sechs Institute gingen dazu im Bereich additive Fertigung eine strategische Projektpartnerschaft ein:

• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen (Projekt-Koordination)
• Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT, Hamburg
• Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen
• Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD, Darmstadt
• Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden
• Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Chemnitz

Mehr über den aktuellen Stand der Metall AM-Technik erfahren Interessenten auf der »International exhibition and conference on the next generation of manufacturing technologies – formnext« vom 13. bis zum 16.November 2018 auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 3.0/Stand E70.

M.Sc. M.Sc. Christian Tenbrock
Gruppe Laser Powder Bed Fusion LPBF
Telefon +49 241 8906-8350
christian.tenbrock@ilt.fraunhofer.de

Prof. Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum
Kompetenzfeldleiter Generative Verfahren und funktionale Schichten
Telefon +49 241 8906-398
johannes.heinrich.schleifenbaum@ilt.fraunhofer.de

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