Technologiefeld Additive Fertigung

Additive Fertigung

Die Additive Fertigung ermöglicht die Umsetzung höchster Ansprüche an Design und Werkstoffeigenschaften bei individualisierten oder komplexen Bauteilen. Laserbasierte Verfahren erweisen sich hier als sehr vorteilhaft, da sie flexibel an die zu generierenden Schichten und Materialien angepasst werden können und zugleich produktiv und ressourcenschonend sind.

Seit Mitte der 1990er Jahre treibt das Fraunhofer ILT die Additive Fertigung – insbesondere metallischer Bauteile – voran, beispielsweise mit dem pulverbettbasierten Laser Powder Bed Fusion (LPBF) oder dem pulver- oder drahtzufuhrbasierten Laserauftragschweißen. Im Fokus steht die Optimierung der Wirtschaftlichkeit durch eine ganzheitliche Betrachtung der Prozessketten – vom Bauteildesign über die Prozessführung und Anlagentechnik bis hin zur Endbearbeitung.

Das Laser Powder Bed Fusion bietet die Möglichkeit, komplexe Funktionsbauteile ressourceneffizient und wirtschaftlich herzustellen. Durch die hohe geometrische Flexibilität bei der Fertigung metallischer Bauteile bietet das Verfahren eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu konventionellen Fertigungstechniken und eignet sich für Anwendungen in verschiedenen Branchen wie beispielsweise im Turbomaschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in der Medizintechnik. Im Fokus des Fraunhofer ILT stehen die Entwicklung von innovativen geometrieangepassten Belichtungskonzepten und das Systems Engineering sowie die Entwicklung von funktionsangepassten Anwendungsbauteilen und deren industrielle Prozessketten. Neben dem LPBF beschäftigt sich das Technologiefeld auch mit der Prozess- und Systementwicklung für die laserbasierte Fertigung von funktionsangepassten Polymer-Bauteilen mittels Selective Laser Sintering (im Rahmen einer kooperativen Forschungsgruppe mit der FH Aachen).

Mit dem Laserauftragschweißen lassen sich Bauteile beschichten, reparieren oder additiv fertigen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Mit dem Laserauftragschweißen lassen sich Bauteile beschichten, reparieren oder additiv fertigen.
LPBF-gefertigtes Bauteil mit integriertem Sensor.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
LPBF-gefertigtes Bauteil mit integriertem Sensor.

Mit dem Laserauftragschweißen und insbesondere mit dem mehrfach prämierten Verfahren des »Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißens EHLA« können Metallspuren mit Schichtstärken zwischen 0,01 mm und 2 mm hochpräzise auf nahezu jedem metallischen Grundwerkstoff in kürzester Zeit aufgetragen werden. Durch Überlagerung mehrerer Schweißraupen lassen sich flächige Beschichtungen, etwa für den Verschleiß- und Korrosionsschutz, oder funktionale Schichten herstellen. Werden mehrere Schichten übereinander auftraggeschweißt, kann das Verfahren auch für die Reparatur und die additive Fertigung genutzt werden.

Zur Verbesserung der Robustheit und Reproduzierbarkeit wird der Einfluss von Pulverwerkstoffen, Anlagenkomponenten und Belichtungsstrategien auf die Prozessstabilität sowie auf die Bauteilqualität ermittelt. Mit Inline-Prozessüberwachungsmethoden lassen sich die Energieeffizienz steigern und Ausschussanteile reduzieren. Durch die Realisierung digitaler Abbildungen (Digital Twins) ergibt sich zudem die Möglichkeit, Bauteileigenschaften bereits vor der Fertigung festzulegen und angepasste Prozessstrategien zu simulieren.

Mit der Entwicklung neuer Werkstoffe für die additive Fertigung, zum Beispiel ODS-Werkstoffe oder Eutektische Legierungen, werden gezielt Bauteileigenschaften optimiert. Werkstoffangepasste Belichtungsstrategien und Temperaturführungen sorgen für eine Vermeidung von Rissen bei schwer schweißbaren Werkstoffen sowie für eine Verringerung von Spannungen und Verzügen in Bauteilen.

Die umfangreiche Anlagenausstattung des Fraunhofer ILT besteht aus kommerziellen Systemen und selbstentwickelten, flexiblen Laboranlagen. Wir unterstützen Kunden aus Industrie und Forschung von der Ideenfindung und Beratung über die Entwicklung angepasster Prozesse, Systemtechnik und Prozessüberwachung bis hin zur Integration in bestehende industrielle Umgebungen.

Erfahren Sie mehr über unsere Leistungsangebote auf den Webseiten, die im gelben Kasten verlinkt sind.

Projektergebnisse

Berichte aus den letzten Jahren zum Bereich Lasermaterialbearbeitung