Applikationen und Prozessketten für das Laser Powder Bed Fusion

Angesichts der stetig voranschreitenden Ressourcenknappheit bei gleichzeitig wachsendem Bedarf an individualisierten Produkten steht die Industrie vor großen ökonomischen und ökologischen Herausforderungen. Einsparungspotential bieten hier Fertigungsverfahren wie das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) und konsequent funktionsoptimierte Bauteile. Anfor-derungen wie z. B. gesteigerte Funktionalität bei möglichst geringem Gewicht oder erhöhte mechanische und korrosive Belastbarkeit bei extremen Temperaturen können mit LPBF in kurzen Durchlaufzeiten umgesetzt werden. 

Durch den schichtweisen Aufbau direkt aus CAD-Daten können mittels LPBF hochkomplexe Bauteile aus metallischen Werkstoffen ohne formgebundene Werkzeuge gefertigt werden, deren Herstellung mit konventionellen Fertigungs-techniken wie Gießen oder Zerspanen nicht möglich ist. Da fertigungs-bedingte Restriktionen entfallen, lassen sich neuartige Bauteile mit innovativen Funktionalitäten realisieren und damit sowohl Ressourcen einsparen als auch Emissionen reduzieren.

Für die vollständige Etablierung des LPBF in neue und bereits existierende Fertigungsumgebungen sind allerdings noch einige Herausforderungen zu meistern, an deren Lösung  das Fraunhofer ILT intensiv forscht. Zu unserem Leistungs-spektrum in diesem Bereich gehören:

• Machbarkeitsstudien für diverse Applikationen
• Ganzheitliche Produktentwicklung vom Design über die LPBF-Fertigung bis hin zum Post Processing
• Entwicklung neuer physischer und digitaler Prozessketten sowie deren Integration in bestehende Fertigungslinien
• Prozessentwicklung auf kommerziellen Anlagensystemen
• Beratung, Schulungen und Benchmarking

Durch unsere Kompetenz auf dem Gebiet des LPBF unterstützen die Fraunhofer ILT-Experten Sie individuell und lösungsorientiert von einer ersten Idee über Machbarkeits-studien, Konzeptentwicklungen bis hin zur Serienproduktion. Dabei können Sie nicht nur von der langjährigen Erfahrung mit diversen Anlagensystemen, sondern auch von unserem fundierten Know-How in der Entwicklung funktionsoptimierter additiv gefertigter Bauteile profitieren.

Die Eigenschaften eines Bauteils hängen in erster Linie vom Design und den Bauteilspezifikationen ab. Diese essentiellen Aspekte werden von der zu durchlaufenden Prozesskette bestimmt, d. h. durch die Kombination von Ausgangsmaterial, LPBF-Anlage sowie der thermischen und mechanischen Nach-behandlung des Bauteils. Die Wissenschaftler am Fraunhofer ILT verfolgen daher das Ziel, die Einfluss-Wirk-Zusammenhänge entlang dieser Prozesskette zu erforschen und zielgerichtete Maßnahmen zur Weiterentwicklung der einzelnen digitalen und physischen Prozessschritte zu erarbeiten. 

Neben der Entwicklung kundenspezifischer Prozessketten, wird der Einfluss einzelner Prozessschritte auf die Wirtschaft-lichkeit eines Gesamtprozesses und die Qualität der Bauteile untersucht. Ein Beispiel dafür ist der Einfluss verschiedener LPBF-Fertigungsstrategien und Nachbearbeitungsverfahren  auf die erzielbare Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität von Bauteilen.

Das LPBF-Verfahren wurde Mitte der 1990er Jahre am Fraunhofer ILT entwickelt und seitdem in enger Kooperation mit führenden Industrieunternehmen aus den Bereichen Automobil-, Turbomaschinen- und Werkzeugbau, Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik unter Berücksichtigung der gesamten Prozesskette stetig weiterentwickelt. Durch unsere Zusammenarbeit mit weiteren Fraunhofer-Instituten, der FH Aachen, dem Universitätsklinikum Aachen, der RWTH Aachen University, dem Aachen Center for Additive Manufacturing (ACAM) sowie dem International Center for Turbomachinery Manufacturing (ICTM) profitieren Sie außerdem von der gebündelten Kompetenz im Bereich der additiven Fertigung am Standort Aachen.

Profitieren Sie, neben unserem profunden Know-how im Be-reich LPBF, von der umfangreichen Ausstattung am Fraunhofer ILT. Es stehen mehr als zehn kommerzielle Anlagen namhafter Hersteller und diverse hochflexible LPBF-Laborsysteme sowie verschiedene Peripherie- und Messgeräte zur Verfügung. Die technischen Spezifikationen umfassen dabei unter anderem:

• Kommerzielle Anlagensysteme mit Bauraumgrößen bis zu 128 dm³ und Laserleistungen (IR) bis in den kW-Bereich
• Bauplattformvorheizung bis 500 °C
• Unterschiedliche Pulverauftragssysteme
• Diverse Peripheriegeräte zum Pulverhandling und zur Nachbearbeitung von Bauteilen
• Diverse Messmethoden zur Pulver- und Bauteilanalyse wie z. B. Lichtmikroskopie, Streifenlichtprojektion, taktile oder optische Rauheitsmessung, Härtemessung und Rasterelektronenmikroskopie (REM)