Metallbasierte Additive Fertigung

Die additive Fertigung von Metallbauteilen kann »direkt« oder »indirekt« erfolgen. Bei der »direkten« Herstellung von Metallbauteilen entsteht das Metallbauteil mit vollwertigen Eigenschaften direkt durch den additiven Aufbau. Bei der »indirekten additiven Fertigung« wird durch den 3D-Druck lediglich ein Grünling erzeugt, der dann in Ofenprozessen entbindert und zum gewünschten Metallbauteil gesintert wird. Diese Prozesskette hat eine große Ähnlichkeit zum Metal Injection Moulding (MIM, konventionelles Fertigungsverfahren der Pulvermetallurgie).

Am Fraunhofer IGCV werden unterschiedliche Verfahren zur metallischen additiven Fertigung beforscht. Dabei beschäftigen wir uns mit allen Aspekten der Maschinen und Anlagentechnik ebenso wie relevanten Anwendungen und dem Markt für Additive Fertigung:

• Wir entwickeln Prozessparameter für die Verarbeitung von speziellen Werkstoffen. Einsatzstähle, Kupferlegierungen und Wolfram-Legierungen zählen zu den interessantesten Erfolgsgeschichten.
• Sie werden von uns beraten, wenn Sie sich für einen Einstieg in die Additive Fertigung interessieren. Potenzialanalyse, Geschäftsmodellentwicklung, Laborplanung und Arbeitsschutzberatung gehören zu unseren zentralen Kompetenzen.
• Qualität wird bei Ihnen großgeschrieben? Wir analysieren Prozess- und Rohmaterialqualität, entwickeln Prozessüberwachungslösungen und beraten Sie im Bereich der Prozess- und Bauteilzulassung.
• Modifikationen an Industriemaschinen ermöglichen uns bestehende Lösungen deutlich weiterzuentwickeln. Multimaterialverarbeitung im Pulverbett, automatisierte Sensorintegration und Automation von hybriden Bauweisen lassen sich dadurch auf ein neues Level heben.

Als Fertigungstechnologien kommen dabei zum Einsatz:

• Pulverbettbasiertes Schmelzen mittels Laser (PBF-LB/M)
• Liquid Metal Printing (LMP) bzw. inkrementelles Gießen
• Metal Binder Jetting (MBJ)
• Hochdruck-Kaltgasspritzen (CS)

Die Additive Fertigung entwickelt sich stetig weiter und insbesondere der Ruf nach größeren Komponenten, höheren Fertigungsgeschwindigkeiten und günstigeren Verfahren wird immer lauter. Auch wir am Fraunhofer IGCV tragen dem Rechnung und beschäftigen uns mit einer Reihe an aufstrebenden Technologien.

Hybride Bauweisen

Bei der Nutzung hybrider Bauweisen wird nur der Teil der Komponente mittels Additive Fertigung hergestellt, an dem die Fertigungstechnologie auch einen Mehrwert erreichen kann. Dazu wird ein Grundkörper mithilfe eines günstigen anderen Fertigungsverfahrens hergestellt, in einer AM-Maschine positioniert und ausgerichtet, sodass der komplexe Teil des Bauteils mit hoher Positioniergenauigkeit auf den Grundkörper aufgebracht wird. In unserem Projekt Autohybrid wird diese Möglichkeit der Fertigung genauer erforscht.

Hochdruck-Kaltgasspritzen

Im Bereich der großen Bauteile haben wir uns für die Weiterentwicklung des Hochdruck-Kaltgasspritzens hin zur Additiven Fertigungstechnologie entschieden. Das Verfahren ermöglicht sehr hohe Auftragsraten (bis zu 10kg/h) und es können Materialien kombiniert werden, die bspw. mit schweißtechnischen Verfahren nur sehr umständlich zu fügen sind. In den Projekten FASTMULT, Coldspraymult und ACCURACY werden hierzu Grundlagen erarbeitet.  

Liquid Metal Printing

Eines der jüngsten Verfahren in unserem Labor bildet das so genannte Liquid Metal Printing (LMP), welches z. B. in unserem Projekt AluWire LMP zusammen mit der Firma Grob weiterentwickelt wird. Bei diesem Verfahren wird in einem kleinen Tiegel Schmelze erzeugt und es werden flüssige Tröpfchen abgelegt um das Bauteil zu erzeugen. Als Rohmaterial wird ein Aluminiumdraht genutzt. Insbesondere für die Verarbeitung von Aluminiumlegierungen lassen sich dadurch Produktionskosten und Fertigungszeiten im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren deutlich reduzieren.

Metal Binder Jetting  

Das Metal Binder Jetting als sinterbasierte AM-Technologie ist besonders für die Herstellung kleiner Bauteile in größerer Stückzahl geeignet. Zudem lassen sich aufgrund des Sinterprozesses Materialien verarbeiten, die durch schmelz- oder schweißbasierte Verfahren nicht verarbeitbar sind. Der Fokus wird in diesem Bereich auf Stählen und Hartmetalle gelegt.

• Prozessqualifizierung zur Verarbeitung von Sonderlegierungen
• Multimaterialverarbeitung und kundenspezifische Prozessoptimierung
• Gestaltung und Optimierung funktionsintegrierter Leichtbauteile
• Prozessketten für die mehrstufige Additive Fertigung und Metall-CFK-Verbunde

• Kundenspezifische Technologieimplementierung
• Systematische Bauteilauswahl
• Pulverqualität und Pulverrecycling
• Online-Prozessüberwachung
• Technologieradar für Trends in der Additiven Fertigung

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

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