Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILTFrankfurt / 15. November 2022 - 18. November 2022
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In-situ-Integration von Sensoren mittels AM zur Steigerung der Qualität von Produktionsketten
Entfernung des Pulvers mit Hilfe einer am Fraunhofer ILT entwickelten Absaugvorrichtung
Shuttle-Receiver-Ansatz als geometrische Integrationslösung
Bauteil nach In-situ-Chip-Integration mit additiv gefertigter Saugspitze
Die Integration von RFID-Chips und anderen Sensoren in additiv gefertigte Bauteile ermöglicht eine digitale Bauteilverfolgung, welche die Logistik vereinfacht und die Produktpiraterie erschwert. Darüber hinaus können integrierte Sensoren zur Messung von Umweltparametern wie Temperatur oder Druck eingesetzt werden, zum Beispiel in der Medizintechnik und der Automobilindustrie. Durch den Einsatz additiver Fertigungsverfahren kann die Industrie Arbeitsschritte reduzieren, aber auch einen RFID-Chip irreversibel in das Bauteil integrieren. Um die In-situ-Integration zu ermöglichen, muss allerdings das Lasersinterverfahren modifiziert werden.
Die additive Fertigung mittels selektivem Lasersintern (SLS) ermöglicht durch den schichtweisen Fertigungsprozess die Herstellung von Funktionsbauteilen mit nahezu unbegrenzter geometrischer Komplexität. Am Fraunhofer ILT wurden Designrichtlinien für die Integration von RFID-Chips mit zuverlässiger Auslesewahrscheinlichkeit in Kunststoffbauteile aus Polyamid 12 entwickelt. Die Integration der Chips kann durch eine geometrische Lösung nach dem Bauprozess in einem zusätzlichen Arbeitsschritt oder in situ während der additiven Fertigung des Bauteils erfolgen. Bei der geometrischen Lösung werden Widerhaken verwendet, um einen Shuttle-Receiver-Ansatz zu integrieren, der bündig und irreversibel ist.
Die In-situ-Integration erfordert eine Prozessunterbrechung, bei der das Pulver aus einer in das Bauteil eingebrachten Kavität entnommen und der RFID-Chip in die Kavität eingesetzt wird. Anschließend wird der Bauprozess fortgesetzt. Das Fraunhofer ILT hat ein zuverlässiges Verfahren zur Pulverentnahme entwickelt und den Einfluss der Prozessunterbrechung auf die Bauteilqualität untersucht.
Mit dem am Fraunhofer ILT entwickelten Verfahren können RFID-Chips und andere Sensoren in situ irreversibel in Kunststoffbauteile integriert werden. In zukünftigen Projekten soll der Prozess der In-situ-Integration automatisiert werden, um die Reproduzierbarkeit und Produktivität deutlich zu erhöhen.
Automated process chain for the repair of metal components by EHLA and turning
Circular economy through hybrid process chain
Components subject to high levels of wear and corrosion often fail due to local surface damage. The replacement of failed components is resource intensive and recycling of metal components involves energy intensive smelting processes. Furthermore, the growing demand for increasingly scarce raw materials leads to economic dependence on importing countries and causes a significant environmental footprint due to the CO2 emissions generated in the manufacturing process.
At Fraunhofer ILT, an automated hybrid process chain for the sustainable repair of metal components is being developed. By combining the processes of turning and Extreme High-Speed Laser Material Deposition (EHLA), additive manufacturing as well as pre- and post-processing of metal components is possible in a single setup.
The EHLA process is already established within the industry in the field of surface coatings. The use of EHLA is particularly interesting for repair applications that require:
- Wide range of possible material combinations,
- Low dilution and heat affected zone enabling repair of quenched and tempered steels,
- Layer thickness between 20 µm and 500 µm,
- Metallurgical bond,
- Powder material efficiency > 90 %.
The centerpiece of the process chain is a sequence of subtractive and additive manufacturing process steps. Local material removal in the shape of a defined groove geometry is first performed at the damaged area of the defective component. Then, EHLA is applied to rebuild the volume in the pre-processed area. Subsequent subtractive machining is used to restore the original contour of the repaired component.
Automation of the process chain is achieved by using a selection of sensors in combination with user-friendly software to provide intuitive operation of the repair process. Optical sensors allow
characterization of the component surface before, during and after repair. Spatially resolved image data and height profiles are used for automated defect detection as well as for adaptive path planning for subtractive and additive process steps. The data is processed to establish the application-related circular economy and to enable predictive maintenance.
Vortrag
Mittwoch, 16. November 2022
13.50 Uhr, Halle 12, Stand D132
»Laser Powder Bed Fusion using AFX – Towards processing of hard-to-weld materials«
Tim Lantzsch, Fraunhofer ILT, Aachen (D)