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.     

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 Know-how in folgenden Prozessen:

Laser-Strahlschmelzen (auch zur Herstellung von Multimaterialbauteilen)  

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:

  • unser Wissen auf den größten Branchenevents in Deutschland und der Welt teilen (bspw. Fraunhofer-DDMC-Konferenz in Berlin, AM-Forum in Berlin, Munich Technology Conference in München, AMUG (Additive Manufacturing User Group) in Chicago, SFF in Texas, USA).
  • bei zahlreichen Konferenzen im Fachbeirat oder Scientific Committee mitwirken (bspw. Rapid Tech in Erfurt, ICAM in Orlando/virtuell, USA).
  • seit 2019 bis 2023 den Chairman des ISO-Komitee 261 »Additive Manufacturing« stellten.
  • seit 2020 ein Mitglied des Executive Committees des Ausschusses ASTM F42 »Additive Manufacturing« stellen.
  • seit 2014 aktiv in Gremien des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) mitwirken und von 2016 bis 2022 die Leitung des VDI FA 105.6 »Sicherheit beim Betrieb additiver Fertigungsanlagen« innehatten.
  • seit 2019 in der EuroAM Steering Group der European Powder Metallurgy Association (EPMA) mitwirken.
  • seit 2014 aktiv in Gremien des Deutschen Instituts für Normung (DIN) wirksam sind.
  • seit 2016 im Editorial Board des Springer-Fachjournals »Progress in Additive Manufacturing« mitwirken.

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

EOS M290
© Image courtesy of EOS
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.

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.

GMP300

GMP300
© Fraunhofer IGCV
GMP300
Technische Daten:
  • 3D-Fertigung durch Schmelzetropfen
  • Bauraum 300 x 300 x 300 mm3
  • Werkstoffe (drahtform): EN AW-4047, EN AW-4046, EN AW-7075
  • Tropfengrößen zwischen 450-750 µm
  • Schichtstärke rund 250-450 µm
  • Fertigungsgeschwindigkeit max. 400 cm3/h

 

Hersteller: GROB Werke Mindelheim

Standort: Augsburg

Production System P-1

DM P1
© ExOne GmbH
DM P1

Technische Daten:

  • Binder-Jetting-Module: 2 piezoelektrische Druckköpfe (4096 Düsen)
  • Nutzbares Bauvolumen: 200 x 100 x 40 mm³
  • Auflösung: 1200 dpi
  • Schichtdicken: 30 – 200 µm
  • Fertigungsgeschwindigkeit: 1350 cm³/h (bei 65 µm Schichtdicke)
  • Vor allem verarbeitete Materialien 17-4PH
  • Besonderheiten: Schutzgasfähig (Stickstoff)

Hersteller: Desktop Metal

Standort: Augsburg

AconityONE

Technische Daten

  • Laserleistung: 4× Laser à 750 W
  • Laserfokusdurchmesser: 90 – 500 µm
  • Bauraumgröße: Ø400 × 400 mm³
  • Minimale Schichtdicke: 10 µm
  • Substratvorwärmung: bis 500 °C

Hersteller: Aconity3D GmbH

AM-Labor-Standort: Augsburg

Sandverarbeitende Systeme

Voxeljet VX500 (3D-Drucksystem)

Voxeljet VX500
© Frederik von Saldern
Voxeljet VX500

Technische Daten:

  • Multijet-Druckkopf
  • Bauraumgröße 500 mm x 400 mm x 300 mm
  • Schichtstärke: 150 µm
  • Baufortschritt: 21 mm/h (= 4,24 l/h)

Hersteller: voxeljet AG

AMLab-Standort: Garching

Das 3D-Drucksystem VX500 von voxeljet fertigt schnell und wirtschaftlich Einzelformen und Kerne, wobei detailgenaue Kunststoffmodelle mit PMMA und hoher Oberflächenqualität möglich sind. Als Partikelmaterial kann Kunststoff oder Sand verwendet werden.

Voxeljet Testachse / 3D-Druckdemonstrator

Voxeljet Testachse 3-D-Druckdemonstrator
Voxeljet Testachse 3-D-Druckdemonstrator

Technische Daten:

  • Laserleistung: 30 W
  • Verarbeitbare Materialien: Polyamid, Polystyrol
  • Bauraumgröße: 200 mm x 250 mm x 330 mm
  • Verwendete Schichtdicke: 0,1 mm
  • Typische Durchlaufzeit: 24 Stunden

Hersteller: EOS Electro Optical Systems GmbH

AMLab-Standort: Garching

Das kompakte Laser-Sinter-System FORMIGA P 100 ermöglicht die Herstellung von Kunststoffprodukten aus Polyamid und Polystyrol. In einem Bauraum von 200 mm x 250 mm x 330 mm können Kleinserien und individualisierte Produkte mit komplexen Geometrien wirtschaftlich produziert werden.

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!

Abbrechen
  • Projekt zum Thema Composite Recycling, Copyright: eaumstocker - stock.adobe.com
    © eaumstocker - stock.adobe.com

    Das Recycling von kohlenstofffaserhaltigen Abfallstoffen hat sich inzwischen zu einer weitreichenden Aufgabe auf dem Weg in Richtung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft entwickelt. Im Projekt CaRMA wurden recycelte Carbonfasern mit zusätzlichen strukturellen oder funktionellen Faseranteilen (z. B. Glas-, Natur-, Aramidfasern) vermischt, um somit das Leistungsspektrum des neuartigen Werkstoffs signifikant zu erweitern.

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

    Die zunehmende industrielle Relevanz des Laser-Strahlschmelzens (LPBF) zur Fertigung metallischer Bauteile hat in den letzten Jahren nicht nur zu neuen Entwicklungen geführt, sondern auch Limitationen aufgezeigt. Zur Untersuchung einer Übertragbarkeit der elektrofotographischen Pulverapplikation auf den LBM-Prozess werden im Projekt PHOTOAM die Prozessphasen sequenziell untersucht. So wird essentielles Prozesswissen erarbeitet, eine Anlagenimplementierung vorbereitet und die Erschließung der Potenziale für die Additive Fertigung vorangetrieben.

    mehr Info
  • Titelbild, Kachel, Icon zu Zusammenarbeit
    © Shutterstock | Rawpixel.com

    Kunden erwarten inzwischen erhöhte Anpassungs- und Konfigurationsmöglichkeiten für ihre Produkte bei gleichzeitig erhöhtem Qualitätsanspruch. Im Gegensatz zu bisherigen Konfigurationslösungen erlaubt es InnoCyFer dem Kunden, in den Produktentwicklungsprozess einzugreifen und eigene Produktvorstellungen einzubringen mithilfe flexibler Fertigungssysteme. InnoCyFer fasst derartige Anlagen und intelligente Objekte als Cyber-Physische Fertigungssystem zusammen.

    mehr Info
  • Projekt zum Thema Multimaterial

    Was bei der Produktentwicklung und Baudatenvorbereitung beachtet werden muss, um mechatronische Multimaterial-Bauteile und Sensoren zu integrieren, untersuchten die Forschenden im inzwischen abgeschlossenen Projekt »MULTIPE«. Hierbei sollte auch die die Vorgehensweise bei der Gestaltfindung von Bauteilen (beispielsweise Greifer) optimiert werden.

    mehr Info
  • Titelbild, Kachel, Icon zum Thema Multimaterial

    Das Forschungsprojekt MULTISURV erforschte in Zusammenarbeit mit dem Multimaterialzentrum Augsburg Methoden der Prozessüberwachung bei der Multimaterialverarbeitung. Beispiele dafür sind die Pulverbettüberwachung und die Qualitätskontrolle verfestigter Schichten, beides mittels aktiver Thermografie. Ein weiteres Gebiet stellt die Spektroskopische Analyse der Prozessemissionen dar.

    mehr Info
  • Titelbild, Kachel, Icon zu Kaltgasspritzen in der Additiven Fertigung
    © A3 | Christian Strohmayr

    Ziel des Projekts HYBDED ist die Implementierung mechatronischer Komponenten in ein kaltgasgespritztes Bauteil mittels RFID-Tag, wodurch eine hohe Auftragsrate und damit kurze Fertigungszeiten ermöglicht werden. Mit der Integration von Sensoren in Bauteile können Daten an bisher nicht oder nur sehr schwer zugänglichen Positionen erfasst werden.

    mehr Info
  • Roboter-basiertes Kaltgasspritzen zur additiven Fertigung von Multimaterialbauteilen
    © Fraunhofer IGCV

    Roboter-basiertes Kaltgasspritzen zur additiven Fertigung von Multimaterialbauteilen

    Die additive Fertigung von großvolumigen Multimaterialbauteilen mittels des Roboter-geführten Kaltgasspritzens eignet sich beispielsweise für Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt.

    mehr Info
  • Projekt zum Thema Technische Sauberkeit, Copyright: Fraunhofer IGCV | Bernd Müller
    © Fraunhofer IGCV | Bernd Müller

    Additive Fertigung macht es möglich Bauteile mit komplexen Geometrien herzustellen. Durch die Flexibilität in der Fertigung wird aber auch die Reinigung der teils sehr filigranen Teile immer komplexer, weshalb konventionelle Bauteilreinigungsmethoden nicht ausreichen und die Bauteile beschädigen könnten. Das Projekt MULTIREIN konzentrierte sich auf die bauteilspezifische Reinigung additiv gefertigter Teile in mehreren Schritten.

    mehr Info
  • Projekt zum Thema Multimaterial

    Wichtig ist es bei der additiven Verarbeitung von Materialkombinationen, Pulverwerkstoffe wieder verwenden zu können. Werden mehrere Metallpulver eingesetzt, vermischen sich diese beim Multimaterial-Laserstrahlschmelzprozess (LBM-Prozess) zu einem gewissen Grad. Jedoch kann nicht verfestigtes Metallpulver nach dem Bauprozess aufbereitet und für weitere Baujobs erneut eingesetzt werden (Projekt »MULTITRENN«). Die Mitarbeitenden testeten hierfür relevante Sortierverfahren und entwickelten sie zu einer industrietauglichen Lösung weiter.

    mehr Info

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

Sie sind interessiert an einer Zusammenarbeit mit uns? Gerne finden wir eine individuelle Lösung für Sie.

Kontakt

Für Ihr Anliegen finden Sie hier den richtigen Ansprechpartner.