Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILTFrankfurt / 16. November 2021 - 19. November 2021
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Additive Fertigung von Großbauteilen durch neuartiges LPBF-Anlagenkonzept mit verfahrbarem Multi-Scanner Bearbeitungskopf
Rolls Royce Ltd. OTC Demonstrator (Ø620 x H280 mm³) gefertigt auf dem Multi-Scanner LPBF Laborsystem des Fraunhofer ILT
Konventionelle Anlagen für das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) sind in ihrer Baugröße beschränkt. Bei einer Vergrößerung des nutzbaren Bauraumes besteht die Herausforderung darin, eine homogene Schutzgasströmung über dem gesamten Pulverbett zu realisieren. Zudem ist eine Produktivitätssteigerung notwendig, um entsprechende Anlagen wirtschaftlich einsetzen zu können.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen wurde am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT im Rahmen des Leitprojektes futureAM ein neuartiges LPBF-Anlagenkonzept (Baugröße: 1000x800x350 mm3) für die Herstellung großer Bauteile entwickelt. Dieses beinhaltet einen über Linearachsen beweglichen Bearbeitungskopf mit lokaler Schutzgasführung, wodurch einfach zu kontrollierende Prozessbedingungen geschaffen werden. Die neuste Ausbaustufe beinhaltet einen Bearbeitungskopf mit einem Fünf-Scanner System, sodass eine ausreichende Produktivität des Verfahrens gewährleistet ist.
Für den Proof-of-Concept wurde seitens Rolls Royce Ltd. ein Oil Transfer Coupling eines Luftfahrtantriebes als Demonstrator bereitgestellt und für die additive Fertigung redesigned. Mithilfe des neuen Anlagenkonzeptes gelang es, den Demonstrator mit einer Bounding Box von Ø620 x H280 mm³ zu fertigen. Das monolithisch gefertigte Bauteil ersetzt damit eine Baugruppe aus ursprünglich 44 Einzelteilen.
»Fühlende« Bauteile mittels laserbasierter, additiver Fertigungsverfahren
Vollständig additiv gefertigtes, sensorintegriertes Bauteil mit drahtloser Telemetrie
Die Erhebung von Bauteilzustandsdaten wie thermische und mechanische Belastung bildet die Grundlage für Predictive Maintenance-, Big Data- und KI-Ansätze. Dafür müssen Bauteile mit geeigneten Sensoren versehen werden. Additive Fertigungsmethoden wie das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) bieten vielfältige Möglichkeiten für die Herstellung applikationsangepasster Bauteile. Laserbasierte Beschichtungsansätze ermöglichen auf der anderen Seite den additiven Aufbau von Sensorik auf Oberflächen, z. B. durch die nasschemische Deposition von elektrisch isolierenden und leitenden Materialien mittels Druckverfahren sowie anschließender thermischer Nachbehandlung mittels Laserstrahlung.
Das Fraunhofer ILT kombiniert diese additiven Fertigungsverfahren, um gedruckte Leichtbauteile mit gedruckten Sensoren auszustatten. Zur additiven Anbringung der Sensoren werden die notwendigen Schichten und Strukturen aus unterschiedlichen Materialien Schicht für Schicht direkt auf das Bauteil aufgedruckt und anschließend mittels Laserstrahlung funktionalisiert. Im Falle von Dehnungsmessstreifen werden die Isolationsschicht, das Messgitter und die Verkapselung nacheinander appliziert. Für die Sensor-Integration in das Bauteilinnere wird der LPBF-Prozess gestoppt, der Sensor Schicht für Schicht appliziert und das LPBF-Verfahren anschließend fortgeführt. Das drahtlose Telemetriesystem auf einer kompakten Platine wird abschließend mit dem Bauteil und den elektrischen Kontaktflächen verbunden.
Vortrag auf der TCT Conference
Donnerstag, 18. November 2021
10.30 - 11.00 Uhr (CET)
»Laser Powder Bed Fusion of nickel-base alloy 625 using a ring-mode laser intensity distribution«
Tim Lantzsch, Fraunhofer ILT, Aachen (D)