3D-Druck zehnfach effizienter
Neue Prototypanlage für produktivere selektive Laserschmelz-Prozesse.
Um die Zukunft des 3D-Drucks geht es auf der Fachmesse „formnext 2018“ in Frankfurt am Main. Besonders spannende Einblicke bietet das Fraunhofer-Fokusprojekt futureAM, an dem sechs Fraunhofer-Institute beteiligt sind: Im Mittelpunkt steht zum einen die ganzheitliche Sicht auf die digitale und physische Wertschöpfung vom Auftragseingang bis zum fertigen metallischen 3D-Druck-Bauteil, zum anderen der Sprung in eine neue Technologie-Generation der additiven Fertigung.
Abb.: Selektive Laserschmelze: Prototypanlage „Laser Powder Bed Fusion LPBF“ mit einem relativ großen nutzbaren Bauraum. (Bild: Fh.-ILT)
Unter der Federführung des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT aus Aachen startete „futureAM – Next Generation Additive Manufacturing“ vor einem Jahr mit dem Ziel, das Additive Manufacturing von Metallbauteilen mindestens um den Faktor Zehn 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, Projektkoordinator von futureAM. „Diese Betrachtungsweise ist für uns sehr wichtig, denn Ganzheitlichkeit ist der eigentliche Kern des Projektes.“ Die Forschungsplattform entwickelt digitale Prozessketten, skalierbare und robuste AM-Prozesse, Systemtechnik und Automatisierung sowie maßgeschneiderte AM-Werkstoffe.
Auf der „formnext 2018“ stellt das Fraunhofer ILT zum Thema skalierbare Prozesse ein Maschinenkonzept zum Laser Powder Bed Fusion LPBF, eine selektive Laserschmelze von großen Metallbauteilen vor. Für eine bereits entwickelte Laboranlage mit einem sehr großen, effektiv nutzbaren Bauraum haben die Aachener einen neuen Laserkopf entwickelt, der die Produktivität im Vergleich zu üblichen LPBF-Anlagen um den Faktor Zehn steigert. Derzeit realisieren die Forscher das Konzept, in 2019 starten dann die ersten Praxisversuche mit dieser Prototypanlage.
Zudem lassen sich mit dem „Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA“ Bauteile besonders wirtschaftlich und gleichzeitig umweltfreundlich beschichten, reparieren oder additiv fertigen. 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.
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.“
Fh.-ILT / JOL
