Das „Additive Manufacturing“ gewinnt zunehmend an Bedeutung in der industriellen Serienproduktion. Entscheidende Faktoren sind dabei die Skalierbarkeit der Bauraumgröße und die Produktivität entsprechender Anlagen. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik entwickeln vor diesem Hintergrund das Laserstrahlschmelzen, kurz SLM für „Selective Laser Melting“, weiter. So entstand in Aachen eine neue SLM-Laboranlage mit effektiv nutzbarem Bauraum von 1000 mm × 800 mm × 500 mm, mit der sich große Metallbauteile prozesssicher und schnell fertigen lassen. Der Bauraum ist wesentlich größer als bisherige kommerzielle SLM-Anlagen. Damit will das Fraunhofer-ILT demonstrieren, dass auch große SLM-Anlagen realisierbar sind. Im Fokus der Entwicklungen stehen dabei neue Strategien zur Belichtung und zur Schutzgasströmung.
Abb.: Mit einer Laboranlage entwickelt das Fraunhofer-ILT die SLM-Technik zu einer 3D-Drucktechnik für große Metallbauteile weiter. (Bild: Fraunhofer-ILT)
Bisherige Strategien der Schutzgasabsaugung sind bei einem sehr großen Bauraum nicht mehr effektiv. Die Wissenschaftler des Fraunhofer-ILT setzen stattdessen auf kleine, verfahrbare Bearbeitungsköpfe mit einem lokalen Schutzgasführungssystem, das einen gleichbleibenden Schutzgasstrom an jeder Bearbeitungsstelle für beliebig große Bauräume garantiert.
Am Fraunhofer-ILT werden sowohl Systeme mit Faserlasern als auch Belichtungskonzepte mit kostengünstigen Diodenlasern erprobt. Neben den etablierten Scannersystemen mit Spiegeln untersuchen die Forscher einen mit hochdynamischen Linearachsen bewegten Bearbeitungskopf mit mehreren individuell steuerbaren Diodenlasern. Der Vorteil dieser Multispot-Bearbeitung: Die Aufbaurate des Systems lässt sich durch Erhöhen der Anzahl an Strahlquellen signifikant und kosteneffizient steigern. Mit dem neuen Anlagenkonzept lässt sich zudem eine Bauraumvergrößerung ausschließlich durch größere Verfahrwege des Achssystems ohne Änderung des optischen Systems realisieren.
Mit den bei der Forschungsarbeit gewonnenen Erkenntnissen sollen Anlagenbauer Grundlagen erhalten, um die nächste Generation von SLM-Anlagen zu entwickeln und zu bauen. „Wir hoffen darauf, dass mit dem Anlagenkonzept der Durchbruch für dieses Verfahren in der Serienproduktion gelingt“, sagt Christian Tenbrock vom Fraunhofer-ILT. Für das Konzept spricht die einfache Skalierbarkeit von SLM-Anlagen: Weil die Anpassung der Schutzgasabsaugung und Optik entfällt, lässt sich die Bauraumgröße leichter als bisher an die jeweilige Anwendung angleichen.
Ein weiterer, besonders für Anlagenentwickler wichtiger Punkt: Die Wissenschaftler des Fraunhofer-ILT entwickeln nicht nur die Anlagentechnik, sondern auch die Parameter für eine effiziente Prozessführung. „Der Mehrwert entsteht mit intelligenten Strategien zur Belichtung und Bahnführung sowie geeigneten Prozessparametern“, so Tenbrock. Das langfristige Ziel dieser Entwicklung ist nicht nur das Erschließen neuer Anwendungen für das SLM, sondern auch die Beschäftigung mit Herausforderungen wie Bauteileigenspannungen und -verzug. Mit dem neuen Anlagenkonzept sollen sich vor allem funktional optimierte SLM-Strukturbauteile im XXL-Maßstab für anspruchsvolle Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie oder den Werkzeug- und Formenbau herstellen lassen – entsprechend der neuen Trends im Leichtbau und bei der Funktionsintegration.
Fh.-ILT / RK
