Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Applikationen und Prozessketten für das Laser Powder Bed Fusion

LPBF – Fertigungstechnik der nächsten Generation

Angesichts von Ressourcenknappheit und unsicheren Lieferketten sowie wachsendem Bedarf an individualisierten Produkten steht die Industrie vor fertigungstechnischen Herausforderungen. Neben ökonomischen Überlegungen treten ökologische Gesichtspunkte bei der Herstellung von Gütern in den Vordergrund. Additive Fertigungsverfahren bieten Lösungen für diese aktuellen Herausforderungen. 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 Fertigungstechniken wie Gießen oder Zerspanen nicht möglich ist.

 

Die Gruppe LPBF-Applikationsentwicklung unterstützt Kunden beim Technologieeinstieg, der Produktionsplanung und Prozessentwicklung, sowie dem AM-gerechten Design von Komponenten. Wir greifend dabei auf ein umfangreiches und modernes industrienahes Maschinenportfolio zurück – von der µ-LPBF-Maschinen mit extremer Auflösung bis zur Großanlage mit 400 dm³ Bauraum.
Durch eine enge interne Kooperation mit Experten aus der Optikauslegung und Strahlquellenentwicklung, sowie aus der LPBF-Prozess- und Maschinenentwicklung bieten wir unseren Kunden bereits heute die Maschinentechnik von morgen. 

Life Cycle Assessment (LCA) im LPBF

Mit der Corporate Sustainability Reporting Directive werden europäische Unternehmen ab 2024 verpflichtet, Angaben zur Nachhaltigkeit in der Fertigung zu liefern. Die Gruppe LPBF-Applikationsentwicklung unterstützt dazu Kunden bei der Bilanzierung von Stoff- und Energieströmen in der additiven Fertigung durch die Anfertigung von Life Cycle Inventory Studien. Die Gruppe verfügt über das nötige Know-how, aktuelle Softwaretools und eine breite Datenbasis, um Cradle-to-Gate-Analysen durchzuführen. Damit lässt sich unter anderem der CO2-Footprint einzelner Bauteile berechnen, wobei die Bilanzhülle bereits die Rohstoffgewinnung umfasst. 

Sensorintegration im LPBF – Smart Parts

LPBF-Fertigung von Turbomaschinenkomponenten
© Fraunhofer ILT, Aachen.
LPBF-Fertigung von Turbomaschinenkomponenten

Die additive Fertigung erlaubt, anders als klassische, subtraktive Verfahren, den Zugang zu jedem Volumenelement des Bauteils während der Fertigung. Dieser Umstand wird genutzt, um Sensorik während des Fertigungsprozesses ins spätere Bauteilinnere zu integrieren. Diese kann anschließend für diverse Messaufgaben genutzt werden, die durch konventionelle Integration nicht erfüllt werden können. Gängige Beispiele sind konturnahe Temperaturmessung oder Messung der mechanischen Spannung im Bauteilinneren. Die Integration ermöglicht zudem Condition Monitoring und Predictive Maintenance von hochwertigen Bauteilen. Während aktuelle Lösungen auf diskrete, kommerzielle Sensoren zurückgreifen, sollen die Sensoren in Zukunft selbst während des LPBF-Prozesses gefertigt werden. 

Bioresorbierbare LPBF-Implantate

Fräskopf mit gedruckter Sensorik
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Fräskopf mit gedruckter Sensorik

Schwere Knochen-Verletzungen erfordern oft die Implantation von metallischen Endoprothesen, die die strukturmechanischen Aufgaben der beschädigten Knochen temporär oder dauerhaft übernehmen. Die Gruppe Applikationsentwicklung entwickelt bioresorbierbare Legierungen und die zugehörige vertikale und horizontale Prozesskette zur Herstellung von Knochenimplantaten. Eine weitere belastende Operation soll damit vermieden werden: Das Implantat wird über Monate oder Jahre absorbiert und sukzessiv durch neu wachsende Konchen ersetzt. 

Leistungsangebot

  • Machbarkeitsstudien für diverse Werkstoffe und 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

Ausstattung

Unser Portfolio industrieller LPBF-Anlagen beinhaltet:

  • EOS M290 (PL = 1000 W, Exposure OT)
  • TruPrint5000 (PL = 3x500 W, TPlattform, max = 500 °C)
  • SLM 280 Twin (PL = 2x400 W)
  • Concept X-Line 2000R

Unsere zum Teil selbst entwickelten LPBF-Laboranlagen können aufgrund ihrer offenen Hard- und Softwarearchitektur flexibel an Ihre Anforderungen angepasst werden. Die technischen Spezifikationen umfassen unter anderem:

  • Unterschiedliche Strahlquellen (Wellenlängen, Strahlprofile, Multi-kW-Leistungen) und Optiksysteme (z. B. Multi-Scanner-Systeme, Systeme mit Wechseloptik)
  • Unterschiedliche Pulverauftragssysteme (z. B. vibrationsunterstützter Pulverauftrag, verschiedene Auftragswerkzeuge)
  • Flexible Schutzgasführungs- & Messsysteme
  • Verschiedene LPBF-Vorheizsysteme bis 1500 °C
  • LPBF-Anlagen zur Verarbeitung geringer Pulvermengen
  • Systeme zur Prozessbeobachtung (z. B. Thermografie)