Prozessentwicklung für das Laser Powder Bed Fusion

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT beschäftigt sich bereits seit Mitte der neunziger Jahre mit der Entwicklung des additiven Fertigungsverfahrens Laser Powder Bed Fusion (LPBF) und betreibt seitdem konsequent die Weiterentwicklung der gesamten LPBF-Prozesskette. Ziel ist es, das Verfahren für den Einsatz in der industriellen Fertigung zu qualifizieren und in bestehende Produktionsabläufe zu integrieren. Die Experten des Fraunhofer ILT arbeiten hier interdisziplinär mit Kunden aus Industrie und Forschung zusammen.

Das LPBF-Verfahren

Durch den schichtweisen Aufbau direkt aus CAD-Daten können mit LPBF hochkomplexe Bauteile aus metallischen Werkstoffen ohne formgebende Werkzeuge gefertigt werden, deren Herstellung mit konventionellen Fertigungsverfahren wie Gießen oder Zerspanen nicht möglich ist. Da bisherige fertigungsbedingte Restriktionen entfallen, können neuartige Bauteile mit innovativen Funktionalitäten realisiert werden. Das LPBF-Verfahren wird mit der Bezeichnung »metallischer 3D-Druck« oft vereinfacht dargestellt, unterliegt in der Realität jedoch dem Einfluss vieler Prozessparameter und Störgrößen. Nur durch die gezielte Einstellung dieser Prozessparameter unter gleichzeitiger Beherrschung der Störgrößen, können die gewünschten Anforderungen des Anwenders umgesetzt werden. Dies gilt insbesondere bei der Erweiterung der Prozessgrenzen. Die Experten des Fraunhofer ILT unterstützen Sie dabei, den LPBF-Prozess individuell für Ihre Anwendung zu optimieren und bei Bedarf neue Strategien zur Lösung Ihrer Aufgabenstellungen zu entwickeln.

Tailored LPBF – Maßgeschneidert für Ihre Anwendung

Da bei der Fertigung mit LPBF bisher typischerweise ein Kompromiss zwischen Bauteilqualität und Produktivität eingegangen werden muss, entwickelt das Fraunhofer ILT innovative Bearbeitungsstrategien, mit denen keine Kompromisse mehr nötig sind. Durch den zeitlich- und örtlich angepassten Energieeintrag wird die Prozessführung adaptiv auf das zu fertigende Bauteil und die Anforderungen des Anwenders eingestellt und ermöglicht so eine Bearbeitung mit hoher Präzision und hoher Geschwindigkeit. Anlagentechnik und Software erlauben eine gezielte Anpassung eines jeden Parameters bis auf die Ebene einzelner Schmelzspuren. Dies gewährleistet die volle Kontrolle über den LPBF-Prozess.

µ-PBF – Höchste Präzision

Wenn höchste Präzision hinsichtlich Auflösung und Oberflächenqualität gefragt ist, bieten wir unseren Kunden mit dem µ-PBF-Verfahren die passende Lösung: Durch Spezialoptiken und modifizierte Anlagentechnik erweitern wir die Auflösungsgrenzen, um feinste Strukturen im µm-Bereich zu realisieren. So lassen sich mithilfe von µ-PBF hochkomplexe Bauteile mit der Größe eines Stecknadelkopfes fertigen.

Grenzenlose Vielfalt – Werkstoffe

Vielen Anwendern erscheint die vermeintlich begrenzte Auswahl an Werkstoffen als ein Hindernis zum Einsatz des LPBF-Verfahrens. Die Möglichkeiten sind jedoch vielfältig: Mit Partnern aus Industrie und Forschung haben wir uns erfolgreich der Herausforderung gestellt, anspruchsvolle Werkstoffe wie hochrissempfindliche Superlegierungen, hochreaktive Magnesiumlegierungen, hochreflektive Kupfer-legierungen oder thermosensitive Kunststoff-Komposite mit LPBF zu verarbeiten und das Spektrum wird stetig erweitert.

Ihre Anwendung – Unser Auftrag

Über aktuelle Forschungsarbeiten hinaus ergeben sich viele interessante Herausforderungen und innovative Projekte erst im interdisziplinären Tandem zwischen Ihnen als Anwender und uns als führender Forschungseinrichtung.

Treten Sie mit uns in Dialog und lassen Sie uns gemeinsam innovative Lösungen entwickeln, um das LPBF-Verfahren auch für Ihre Anwendung optimal zu nutzen. Gestalten Sie mit uns die Zukunft der additiven Fertigung!

Ausstattung

Profitieren Sie neben unserer langjährigen Erfahrung und dem umfassenden Know-how im Bereich LPBF von der umfangreichen Ausstattung am Fraunhofer ILT. Es stehen mehr als zehn kommerzielle Anlagen namhafter Hersteller und diverse hochflexible LPBF-Laborsysteme für die Metall- und Kunststoffverarbeitung zur Verfügung.

Unsere Anlagen können aufgrund ihrer offenen Hard- und Softwarearchitektur flexibel an Ihre Anforderungen angepasst werden. Die technischen Spezifikationen umfassen unter anderem:

Unterschiedliche Strahlquellen (Wellenlängen, Intensitätsverteilungen, Strahlprofile, Multi-kW-Leistungen)
Unterschiedliche Pulverauftragssysteme (z. B. Top-Loader, Bottom-Loader, vibrationsunterstützter Pulverauftrag, unterschiedliche Auftragswerkzeuge)
Flexible Schutzgasführungssysteme
Bauplattformvorheizung bis 1500 °C unter Verwendung unterschiedlicher Heizvorrichtungen
Bauraumverkleinerung zur Verarbeitung geringer Pulvermengen (z. B. von Edelmetallen)
Multi-Laser-Systeme (z. B. Multi-Scanner-Systeme, Systeme mit Wechseloptik)
Systeme zur Prozessbeobachtung (z. B. Pyrometrie, Thermografie)