Additive Fertigung | Additive Manufacturing (AM)

Was ist Additive Fertigung?

Additive Fertigung (engl.: additive manufacturing, AM) – weitgehend auch als 3D-Druck bezeichnet – ist ein aufstrebendes und innovatives Fertigungsverfahren, das sich grundlegend von konventionellen Herstellungsprozessen unterscheidet und der Forschung und Industrie zu völlig neuen Möglichkeiten verhilft. Bauteile werden Schicht für Schicht aufgebaut und entstehen nicht wie bei herkömmlichen Verfahren durch Abtrag von Material (zum Beispiel durch fräsende Bearbeitung). Dadurch ergibt sich eine enorme Flexibilität und Designfreiheit beispielsweise bei der Herstellung von Prototypen und auch zunehmend in der Serienfertigung.     

AM@Fraunhofer IGCV

Die additive Fertigung stellt eine starke Querschnittskompetenz des Fraunhofer IGCV dar. Derzeit forschen etwa 30 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an additiven Fertigungsverfahren. Durch die wissenschaftsbereichsübergreifende Ausrichtung der additiven Fertigung haben sich drei Arbeitsschwerpunkte herauskristallisiert:

Additive Fertigung am Fraunhofer IGCV: additive manufacturing experts

Additive Fertigungsverfahren für die Industrie

Die Prozesstechniken der additiven Fertigungsverfahren entlang deren Prozessketten stehen im Fokus der Forschungsarbeit. Darüber hinaus werden Methoden zur Produktentwicklung additiv gefertigter Bauteile erarbeitet, die speziell auf sensorintegrierte Multimaterialbauteile ausgerichtet sind. Für eine industrielle Umsetzung in der Produktion erforscht das Fraunhofer IGCV passende Methoden der Fabrikplanung.

Dazu verfügen wir über international wahrgenommenes Kern-Know-how in folgenden Prozessen:

  • Laser-Strahlschmelzen (auch zur Herstellung von Multimaterialbauteilen) und
  • Binder Jetting

Zudem liegt unsere Expertise vor allem in den Bereichen:

  • Extrusion faserverstärkter Polymere,
  • Liquid Deposition Modelling von Composites und
  • Hochdruck-Kaltgasspritzen
  • Liquid Metal Printing

Die Zukunft der additiven Fertigung

Die additive Fertigung zählt zu den starken Wachstumsfeldern innerhalb der Produktion. Führende Marktberichte sagen ein durchschnittliches jährliches Wachstum von ca. 20 Prozent für die nächsten fünf Jahre voraus. Das Fraunhofer IGCV geht dabei davon aus, dass dieses Branchenwachstum der additiven Fertigung nicht nur in einem spezifischen Industriezweig zu beobachten sein wird. Vielmehr ist davon auszugehen, dass in allen Industriezweigen der Einsatz additiver Fertigungsverfahren zunehmen wird. Im Jahr 2022 wurden zur Zukunft der additiven Fertigung zwei Studien (An Additive Manufacturing Breakthrough & The Futures of Metal Additive Manufacturing 2030)   veröffentlicht, bei denen das Fraunhofer IGCV Zuarbeiten geleistet hat. 

Der 3D-Druckprozesses im Video:

Herstellung von Multimaterialbauteilen im Projekt FORNEXTGEN

Wissenstransfer und Branchenentwicklung

Die additive Fertigung ist für das Fraunhofer IGCV mehr als nur ein Forschungsfeld – es ist eine Leidenschaft und ein Herzensanliegen. Aus diesem Grund übernehmen wir neben dem projektbasierten Wissenstransfer auch Verantwortung für die Branchenentwicklung, indem wir:

Das Fraunhofer IGCV in der Themenallianz »Additive Fertigung«

Die Additive Fertigung stellt nicht nur am Fraunhofer IGCV eine Querschnitts- und Kernkompetenz dar, sondern wird auch bei 20 weiteren Fraunhofer-Instituten intensiv erforscht. Diese Institute haben sich in der Themenallianz »Additive Fertigung« zusammengeschlossen, in deren Rahmen sich die InstitutsvertreterInnen zu Forschungsergebnissen innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft und weiteren Forschungsbedarfen austauschen. Das Fraunhofer IGCV bringt sich aktiv in diese Themenallianz ein und leistet damit einen Beitrag zum Fortschritt der Fraunhofer-Gesellschaft im Bereich Additive Fertigung.

Anlagen - Metallsysteme

EOS M290

Technische Daten:

  • Laserleistung: 400 W
  • Fokusdurchmesser 100 µm
  • Bauraum 250 mm x 250 mm x 325 mm          
  • Schichtdicken ab 20 µm
  • Vor allem verarbeitete Materialien: 1.2709, 1.4404, 1.7131

Hersteller: EOS Electro Optical Systems GmbH

AMLab-Standort: Augsburg

Die EOS M 290 wird zurzeit vor allem für die Verarbeitung verschiedener Stähle, z. B. Einsatz-, Werkzeug und Edelstähle, verwendet. Hierbei kommt die Leistungsfähigkeit des 400-Watt-Faserlasers zum Tragen, der im Bauvolumen von 250 x 250 x 325 mm3 eine wirtschaftliche Herstellung verschiedenster Bauteile ermöglicht.

EOS M290
© Image courtesy of EOS
EOS M290

EOS M400-1

EOS M400-1
© Image courtesy of EOS
EOS M400-1

Technische Daten:

  • Laserleistung: 1 kW
  • Lasertyp: Yb-Faserlaser
  • Fokusdurchmesser ca. 90 µm
  • Nutzbares Bauvolumen: 400 mm x 400 mm x 400 mm (inkl. Bauplattform)
  • Vor allem verarbeitete Materialien: Inconel 718, Titan

Hersteller: EOS Electro Optical Systems GmbH

AMLab-Standort: Ottobrunn

Die EOS M 400-1 wird für die Fertigung von großen Metallteilen im industriellen Maßstab direkt aus CAD-Daten und ohne Werkzeug verwendet. Der 1-kW-Laser steigert die Produktivität durch höhere Bauraten und größere Schichtdicken. Die Beschichtung mit Pulverwerkstoff von beiden Seiten reduziert die Produktionsnebenzeiten.

Concept Laser M1 Cusing

Concept Laser M1 Cusing
Concept Laser M1 Cusing

Technische Daten:

  • Laserleistung 200 W
  • Laserfokus 150 µm
  • Bauraumgröße 150 x 150 x 250 mm
  • Werkstoffe: 1.4404, 1.2709, 1.2083, Inconel 718
  • Schichtdicken 20 - 80 µm
  • Fertigungsgeschwindigkeit 2 - 10 cm³/h

Hersteller: Concept Laser GmbH
AMLab-Standort: Garching

Diese Anlage bietet die Möglichkeit, nicht reaktive Werkstoffe zu verarbeiten.

SLM Solutions 125 HL

SLM Solutions 125 HL
SLM Solutions 125 HL

Technische Daten:

§  Laserleistung: 400 W

  • Fokusdurchmesser 70–100 µm
  • Bauraumgröße 125 mm x 125 mm x 125 mm
  • Schichtdicken 20–75 µm
  • Fertigungsgeschwindigkeit bis zu 25 cm³/h

 

Hersteller: SLM Solutions GmbH

AMLab-Standort: Augsburg

Die Laserstrahlschmelzanlage SLM 125 wird derzeit vor allem zur Verarbeitung von Aluminiumlegierungen, wie AlSi10Mg, eingesetzt. Die vorhandene Bauraumverkleinerung auf (50 x 50 x 50 mm3) ermöglicht eine effiziente Untersuchung kundenspezifischer Werkstoffe. Dabei ist durch die Beschichtung in zwei Richtungen eine hohe Aufbaurate erreichbar.

SLM Solutions 250 HL

SLM Solutions 250 HL
SLM Solutions 250 HL

Technische Daten:

  • Leistung 400W
  • Laserfocus 150 µm
  • Bauraum 250 mm x 250 mm x 350 mm          
  • Werkstoffe: Ti6Al4V, AlSi12
  • Schichtdicken 20 - 80 µm
  • Aufbaurate 2 - 10 cm³/h

Hersteller: SLM Solutions GmbH

AMLab-Standort: Augsburg

Die SLM 250 HL vom Hersteller SLM Solutions GmbH ist eine vom Fraunhofer IGCV für die Multimaterialverarbeitung modifizierte Anlage. Durch die vorgenommenen Software- und Hardwareseitigen Anpassungen können metallische Multimaterialbauteile mit einem hohen Automatisierungsgrad generiert werden. Die Bauraumverkleinerung ermöglicht dabei den wirtschaftlichen Bau von Testkörpern in kleinen Mengen. Für eine verbesserte Pulverhandhabung ist die Anlage mit einer Absaug- und Schwingsiebstation ausgestattet.

Referenzprojekte Additive Fertigung

Hier finden Sie eine Auswahl an Referenzprojekten des Fraunhofer IGCV zur Additiven Fertigung. Mehr Projekte, zu weiteren Themen, finden Sie hier.

Bitte beachten Sie, dass zunächst immer nur 10 Projekte pro Seite angezeigt werden und Sie gegebenenfalls umblättern müssen!

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  • Titelbild, Kachel, Icon zum Thema Laserstrahlschmelzen in der Additiven Fertigung

    Leichtbau bietet in Zahnradgetrieben die Möglichkeit, die zu beschleunigenden Massen und Trägheitsmomente zu reduzieren, was die Ressourceneffizienz verbessert. Im vorliegenden Projekt wird daher die Verarbeitung des Einsatzstahls 16MnCr5 für das Laser-Strahlschmelzen angestrebt. Außerdem werden anforderungsgerechte Leichtbauansätze entwickelt und die Tragfähigkeit der Zahnräder wird getestet.

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  • Projekt zum Thema Produktion

    Der Einsatz von Spezialwerkstoffen ist in der Raumfahrt unumgänglich. Additive Fertigung bietet hierbei neues Potenzial zur Umsetzung funktionsoptimierter Designs beispielsweise durch Pt-Legierungen in additiv gefertigten Brennkammern aus Pt-Rh 80-20. Erste Heißtests wurden bereits erfolgreich durchgeführt und ermöglichen eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Performance.

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  • Projekte zum Thema Additive Fertigung

    Das Projekt »AluWireLMP« konzentriert sich auf die Entwicklung und Optimierung der drahtbasierten Additiven Fertigungstechnologie Liquid-Metal-Printing (LMP). Sie ermöglicht die Herstellung von Aluminiumbauteilen mit hoher Genauigkeit, Festigkeit und Effizienz durch schichtweises Auftragen und Schmelzen von Aluminiumdraht. Das Projekt zielt darauf ab, die Wettbewerbsfähigkeit von Aluminium in der Additiven Fertigung zu stärken und neue Anwendungen in verschiedenen Branchen zu erschließen.

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  • Projekte zum Thema Additive Fertigung

    Im erfolgreich abgeschlossenen Projekt »Qualifizierung der Additiven Fertigung für verfahrenstechnische Druckgeräte (QuAFD)« wurden Werkstoffzustände und -eigenschaften an (Behälter-) Wänden für den Werkstoff 1.4404 (austenitischer Edelstahl) im Bereich von 1 – 5 mm Dicke untersucht. Unterschiede zwischen gleichen Fertigungssystemen und Aufbaurichtungen konnten gezeigt und quantifiziert werden. ]. Folgend wurden Gestaltungsregeln und Vorgehensweisen für eine sichere Auslegung abgeleitet

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  • Projekte zum Thema Additive Fertigung

    Das Projekt CondMon3D beschäftigt sich mit der Nutzung von Kamerabildern einer Prozessraumkamera im Inneren eines 3D-Druckers, um Messdaten für die zu erwartende Bauteilqualität zu gewinnen und während des Prozesses nachjustieren zu können.

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  • Titelbild, Kachel, Icon zum Thema Laserstrahlschmelzen in der Additiven Fertigung

    Insbesondere das Laserstrahlschmelzen birgt aufgrund seiner Freiheit bei der Geometrieerzeugung und der Wirtschaftlichkeit für geringe Stückzahlen großes Potenzial für die Herstellung patientenindividueller Implantate in der Medizintechnik. Im Projekt MAIA wurden Handlungsempfehlungen zur Herstellung und Verarbeitung von Pulvern der medizintechnisch relevanten Werkstoffe erarbeitet.

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  • Titelbild, Kachel, Icon zum Thema Laserstrahlschmelzen in der Additiven Fertigung

    Das Laserstrahlschmelzen sowie die Anpassung der Wärmebehandlung an die spezifischen Eigenschaften der additiv gefertigten Bauteile ermöglichen neue und einzigartige Möglichkeiten in der Formgebung. Für eine möglichst hohe Dichte wurden geeignete Fertigungsparameter ermittelt und überprüft, sowie Prozessparameter zur Charakterisierung einer möglichen Anisotropie des Werkstoffs entwickelt.

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  • Titelbild, Kachel, Icon zum Thema Bauteildesign
    © Fraunhofer IGCV

    Um den Reinigungsprozess komplexer Gussformen einfacher zu gestalten, sollen die Formen in einzelne, tragfähige Schichten mit leichter zu reinigenden Geometrien erzeugt werden. Das Schichtbauverfahren mittels Binderjetting ermöglicht eine automatisierte Reinigung und anschließendes Stapeln der Schichten.

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Weitere Kompetenzen und Leitthemen am Fraunhofer IGCV

 

Engineering und
nachhaltige Produktion

Wir sind überzeugt, dass eine nachhaltige Produktion im Zusammenspiel mit effizientem Engineering die Grundvoraussetzung für eine lebenswerte Zukunft ist.

 

Multimaterial-
lösungen

 

Recycling von
Composites

Mit zahlreichen Forschungsprojekten sorgen wir entlang der gesamten Recyclingkette für einen nachhaltigeren Umgang mit dieser Materialgruppe.  

 

Biologische
Transformation

Die Biologische Transformation bietet große Potenziale für ein nachhaltiges Wirtschaften.

 

Gießereitechnik

 

Künstliche Intelligenz (KI)

Schlauer produzieren – mit Künstlicher Intelligenz

Weitere Projekte

Hier finden Sie einen Überblick zu verschiedenen Referenzprojekten am Fraunhofer IGCV.

Zusammenarbeit

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