Additive Fertigung

Hier finden Sie Videos und Audiobeiträge zur Additiven Fertigung.

»futureAM – Next Generation Additive Manufacturing«

2017 startete das Fraunhofer-Leitprojekt futureAM mit dem Ziel, das Additive Manufacturing (AM) von Metallbauteilen mindestens um den Faktor 10 zu beschleunigen. Im Mittelpunkt der Aktivitäten stand 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 des AM. Für dieses Ziel definierten die Projektpartner vier Handlungsfelder: Industrie 4.0 und digitale Prozesskette, Skalierbare und robuste AM-Prozesse, Werkstoffe und Systemtechnik/Automatisierung. Dieses Video stellt die Projektergebnisse vor.

Beteiligte Fraunhofer-Institute: 

  • Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen (Projekt-Koordination)
  • Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT, Hamburg
  • Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen
  • Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD, Darmstadt
  • Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden
  • Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Chemnitz, Dresden

Weitere Informationen:

Nanoskalige hochentropische Duplex-Legierungen gefertigt mit Additive Manufacturing

Im Verbundprojekt NADEA, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF, haben Projektpartner aus Wissenschaft und Industrie NADEAAM entwickelt, eine kobaltfreie hochentropische Legierung für das Laserauftragschweißen (auch Laser Material Deposition, LMD). Durch die Widmanstätten-Mikrostruktur ist es ein Duplex-Werkstoff, der sich besonders für den Einsatz in korrosiven Umgebungen eignet, wo hohe Festigkeit und Verschleißresistenz erforderlich sind. 

 

Hybride Additive Fertigung mit LMD

Ein vielversprechendes Konzept für eine ressourcen- und kosteneffiziente Produktion der Zukunft ist die Kombination von konventionellen und additiven Fertigungsverfahren. Das Laserauftragschweißen (auch Laser Material Deposition, LMD) ist aufgrund seiner geometrischen Flexibilität und seiner großen Bandbreite an nutzbaren Werkstoffen ein geeignetes Verfahren für eine solche Hybride Additive Fertigung – etwa für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder im Werkzeug- und Turbomaschinenbau.

EHLA: Schnell und zuverlässig mit Laserlicht beschichten

Seit 2012 arbeiten unsere Experten am Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA. Dieses Verfahren trägt ressourcenschonend und wirtschaftlich 50 bis 350 Mikrometer dünne Metallschichten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 500 Metern pro Minute auf Bauteile auf. In vielen Anwendungen hat sich EHLA bereits als gute Alternative zum Hartverchromen bewährt. Das Video zeigt, wie homogen sich eine Metallschicht mit dem EHLA-Verfahren auftragen lässt – zum Beispiel auf eine Bremsscheibe.

Das EHLA-Verfahren ist eine gemeinsame Entwicklung des Fraunhofer ILT und des Lehrstuhls für Digitale Additivproduktion DAP - RWTH Aachen.

ProLMD: Prozess- und Systemtechnik für die Hybride Additive Fertigung von Großkomponenten mit LMD

Das Video zeigt einen automatisierten Workflow, bestehend aus dem Scannen eines Bauteils, der Generierung der Bearbeitungspfade für ein neu hinzugefügtes Bauteilmerkmal, dem Laserauftragschweißen (auch Laser Material Deposition, LMD), dem Scannen des aufgetragenen Volumens und der Generierung von angepassten Bearbeitungspfaden für nachfolgenden Schichten. Dieser Workflow, einschließlich der Software- und Hardwarekomponenten, ist das Ergebnis des BMBF-geförderten Projekts ProLMD.

Hybrid Additive Manufacturing mittels LMD und roboterbasierten Systemen (eine Kombination aus konventionellen und additiven Fertigungsverfahren) bietet ein erhebliches technologisches und wirtschaftliches Potenzial. Das Projekt ProLMD konzentrierte sich auf die Entwicklung von Verfahren sowie System- und Softwarelösungen für diesen Ansatz.

Industriepartner: Airbus Verteidigung und Raumfahrt GmbH, BCT Steuerungs- und DV-Systeme GmbH, Daimler AG, KUKA Industries GmbH & Co. KG (Abteilung Lasertec; Projektkoordination), Laserline GmbH, M. Braun Inertgas-Systeme GmbH und MTU Aero Engines AG.

Effektiver Bremsscheiben-Schutz mit EHLA

Mit dem »Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA« lassen sich Metallbauteile wirtschaftlich und umweltfreundlich beschichten. Eine Kooperation in Aachen entwickelt das additive Verfahren für die Beschichtung von Automobil-Bremsscheiben weiter: Experten der HD – Sonderoptiken für die Lasertechnik optimieren dabei z. B. die Pulverzufuhr und die Wissenschaftler des Fraunhofer ILT die Prozessführung. Im Video ist der EHLA-Beschichtungsprozess mit der neuen HighNo-Pulverdüse von HD gezeigt.

Das EHLA-Verfahren ist eine Gemeinschaftsentwicklung des Fraunhofer ILT und des Lehrstuhls Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University. 

Weitere Informationen: http://hd-sonderoptiken.de/de/

Optimierter Metall-3D-Druck dank Draht-LMD 

Komplexe Bauteile aus Metall lassen sich flexibel und kostengünstig mit dem additiven Draht-Laserauftragschweißen fertigen. Wissenschaftler des Fraunhofer ILT haben eine Bearbeitungsoptik mit Ringstrahl für das koaxiale LMD (Laser Material Deposition) mit Draht entwickelt, womit annähernd 100 Prozent des zugeführten Werkstoffs genutzt werden können. Der Prozess ist zudem staubfrei, sodass im Vergleich zu vielen pulverbasierten Prozessen ein höherer Umwelt- und Mitarbeiterschutz erreicht wird. Das Video zeigt das Funktionsprinzip der neuen Optik und den Einsatz beim Draht-LMD.

Additive Fertigung mit Draht-Laserauftragschweißen

Laserbasierte additive Fertigung einer Verdichterschaufel-Kontur. Per Draht-Laserauftragschweißen wird der Werkstoff Inconel 718 auf das Bauteil aufgebracht – die einzelnen Schichten sind dabei dicht, rissfrei und weisen eine hohe Qualität auf. Auch Geometrien mit hoher Komplexität lassen sich auf diese Weise additiv herstellen.

Korrosionsschutz: Bauteile beschichten mit Laserauftragschweißen

Bauteile werden per Hartverchromen, thermischem Spritzen oder Laserauftragschweißen vor Korrosion und Verschleiß bewahrt. Allerdings bergen all diese Verfahren Nachteile – so ist beispielsweise die Beschichtung mit Chrom(VI) seit September 2017 nur noch nach Autorisierung erlaubt. Das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT und der RWTH Aachen University ist frei von diesen Nachteilen und kommt ohne das umweltschädigende Chrom(VI) aus. Mit EHLA lassen sich Bauteile besonders wirtschaftlich und umweltfreundlich beschichten, reparieren oder additiv fertigen.

Dr. Andres Gasser und Thomas Schopphoven vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen und Gerhard Backes vom Lehrstuhl für Digital Additive Production der RWTH Aachen University erhielten für die Entwicklung des EHLA-Verfahrens den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2017.

Hybrid-Additive Fertigung mit Laserauftragschweißen

Durch die hybrid-additive Fertigung mit Laserauftragschweißen können die Vorteile konventioneller Prozessketten sowie der additiven Fertigung vereint werden. Dabei bezieht sich die hybrid-additive Fertigung in dieser Anwendung auf den additiven Aufbau lokaler Features auf konventionell gefertigte Rohteile. Dies ermöglicht eine effiziente und anforderungsorientierte Individualisierung zu vergleichsweise geringen Kosten. Das Video zeigt eine solche lokale Verstärkung durch Laserauftragschweißen am Beispiel einer gegossenen Fahrwerkskomponente aus dem Automobilbau.

Laserauftragschweißen

In dieser Demonstration wird durch Laserauftragschweißen (LA), auch bekannt als Laser Material Deposition (LMD), ein dreidimensionales Bauteil ohne Stützstrukturen additiv hergestellt.

Das Programm für die Roboteranlage am Fraunhofer ILT wird dabei Offline erstellt.

Als Zusatzwerkstoff wird die Nickelbasis-Superlegierung Inconel 625 eingesetzt, welche häufig im Turbinen- und Chemiesektor Anwendung findet. Es kommt eine kontinuierliche koaxiale Pulverdüse des Fraunhofer ILT zum Einsatz.

Die gesamte Prozesszeit beträgt 23 Minuten.

Neues CAM-System für effizientes Laserauftragschweißen

Am Fraunhofer‐Institut für Lasertechnik ILT ist ein offline Programmiersystem für das Laserauftragschweißen entwickelt worden. Das Programm LMDCAM2 versetzt Prozessentwickler und Anwender in die Lage, auch für komplexe Schweißaufgaben mit nicht Standard‐Schweißstrategien auf Basis von digitalisierten Modellen bzw. CAD Daten zeitnah Werkzeugbahnen zu erzeugen. Für die Mehrachsbearbeitung stellt die Software dem Nutzer ein Simulationstool zur Verfügung. Auf Basis eines hinterlegten Maschinenmodells kann die Bewegung der gesamten Maschine visualisiert und überprüft werden. Dabei werden sowohl kartesische Kinematiken als auch Roboter unterstützt.

Nachbearbeitung für das Laser Powder Bed Fusion - Effizientes Stützendesign und -entfernung

Für die breite industrielle Anwendung des Laser Powder Bed Fusion ist die wirtschaftliche Bauteil-Nachbearbeitung noch immer eine große Herausforderung. Insbesondere wird das Design von Stützstrukturen in den meisten Fällen nur an das LPBF-Verfahren angepasst, um einen erfolgreichen 3D-Druck zu ermöglichen. In der Nachbearbeitung verursacht dies jedoch einen großen manuellen Aufwand bei der Pulver- sowie der Stützenentfernung und führt somit zu unrentablen Produkten.

Das Fraunhofer ILT hat ein neues Stützendesign und patentiertes Entstützungsverfahren entwickelt, welches den Weg zu einer wirtschaftlichen industriellen Anwendung des Laser Powder Bed Fusion ebnet.

Laser Powder Bed Fusion mittels Diodenlaser

Hochleistungs-Diodenlaser weisen interessante Eigenschaften für den Einsatz in der additiven Fertigung auf. Aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Strahlqualität sind Diodenlaser jedoch nur schwer in konventionelle scannerbasierte LPBF-Maschinen zu integrieren. Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »futureAM« wurde ein LPBF-Maschinenaufbau entwickelt, der einen industriellen Hochleistungsdiodenlaser, einen Galvanometer-Scanner und eine kundenspezifische F-Theta-Linse kombiniert, und für die Bearbeitung von Edelstahl (AISI 316L) validiert. Dieser Ansatz liefert vergleichbare Bauteileigenschaften und Maschinenproduktivitäten wie konventionelle faserlaserbasierte LPBF-Systeme.

LPBF bei hohen Vorheiztemperaturen

Bei den meisten modernen industriellen LPBF(Laser Powder Bed Fusion)-Maschinen können moderate Temperaturen (≤ 500°C) der Vorheizung der Grundplatte zur Herstellung von Komponenten aus z. B. Aluminium mit reduziertem Verzug genutzt werden. Aufgrund der Konstruktion dieser Vorheizsysteme sind die erreichbaren Temperaturen begrenzt und stark abhängig von den Geometrie- und Materialkombinationen, die hergestellt werden sollen.

Weiterentwicklungen der LPBF-Vorheiztechnologien des Fraunhofer ILT ermöglichen nun höhere Prozesstemperaturen (500-1200°C), die sich zur Verringerung des Verzugs bei einer größeren Bandbreite von Legierungen (einschließlich Titan- und Nickelbasislegierungen) einsetzen lassen. Sogar die Herstellung komplexer Bauteile aus schwer schweißbaren Materialien wie Titanaluminiden ist nun möglich.

On-the-fly-Bearbeitung mit Multi-Scanner für das Laser Powder Bed Fusion

Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts futureAM haben Wissenschaftler des Fraunhofer ILT eine optimierte Prozessstrategie für das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) entwickelt. In den Prototyp der LPBF-Maschine des Fraunhofer ILT mit einer maximalen Bauraumgröße von 1000 mm x 800 mm x 500 mm wurde ein Multi-Scanner-Bearbeitungskopf mit fünf Laserscanner-Systemen integriert. Um die Produktivität des Systems zu erhöhen, wurde eine synchronisierte Bewegung der Galvanometerscanner und des Linearachssystems realisiert, die eine On-the-fly-Bearbeitung ermöglicht.

 

Skalierbares Maschinenkonzept für das Laser Powder Bed Fusion

Im strategischen Leitprojekt futureAM entwickeln die fünf Fraunhofer-Institute ILT, IFAM, IGD, IWS und IWU sowie die Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT das Additive Manufacturing (AM) metallischer Bauteile systematisch weiter. Wissenschaftler des Fraunhofer ILT haben nun ein skalierbares Maschinenkonzept für das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) großer Metallbauteile entwickelt. In diesem System, das ein sehr großes, effektiv nutzbares Bauvolumen bietet (1.000 mm x 800 mm x 500 mm), kommt ein neuer mobiler Laserbearbeitungskopf zum Einsatz. Damit kann die Produktivität im Vergleich zu herkömmlichen LPBF-Systemen um den Faktor 10 gesteigert werden. Das Video zeigt Ausschnitte aus einem AM-Prozess im neuen System.

Laser Powder Bed Fusion für Kupferwerkstoffe mit grünem Laser

Auf der formnext 2018 präsentierte das Fraunhofer ILT eine neue Entwicklung zum Laser Powder Bed Fusion von Kupferwerkstoffen. Mit dem pulverbettbasierten Verfahren und mit grüner Laserstrahlung lassen sich Bauteile additiv fertigen, die die besonderen Werkstoffeigenschaften von reinem Kupfer und insbesondere eine genauso hohe Leitfähigkeit aufweisen, wie der Ausgangswerkstoff.

Auch die entsprechende Anlagentechnik und Prozessführung entwickeln die Aachener Wissenschaftler in diesem Projekt, das durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen AiF »Otto von Guericke« e.V. und dem Deutschen Verband für Schweißen und artverwandte Verfahren DVS e.V. gefördert wird

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