AluWireLMP | Entwicklung einer drahtbasierten additiven Fertigung mittels Liquid-Metal-Printing für Aluminiumlegierungen

Liquid-Metal-Printing – Entwicklung zum Gamechanger für die Additive Fertigung von Aluminiumlegierungen

Was ist Liquid-Metal-Printing?


Das Liquid-Metal-Printing (LMP) ist eine noch junge, aber vielversprechende Technologie der Additiven Fertigung. Die Besonderheit des Verfahrens ist, dass der Werkstoff in Drahtform zugeführt wird und der Materialauftrag tropfenweise in einem Mikrogießprozess erfolgt.

Das Liquid-Metal-Printing-Verfahren gehört zur Gruppe der metallbasierten additiven Fertigungsverfahren, bei denen Bauteile durch einen sich wiederholenden Materialauftrag schichtweise aufgebaut werden. Im Gegensatz zu den meisten schweißbasierten Verfahren benötigt das Liquid-Metal-Printing keine Strahlquelle zum Aufschmelzen des Werkstoffs, da das Material geschmolzen und tropfenweise aufgebracht wird. Der Aufbau der Bauteile erfolgt durch den Materialauftrag in Baurichtung in Verbindung mit einem hochpräzise verfahrenden Kreuztisch.

Prozesschema LMP
© Fraunhofer IGCV
Schematische Darstellung des Funktionsprinzips des Liquid-Metal-Printing

Vorteile des Liquid-Metal-Printing

 

Durch LMP sind eine endkonturnahe Fertigung mit einem Tropfendurchmesser zwischen 500 und 750 Mikrometer sowie Auftragsraten von bis zu 400 cm³/h realisierbar. Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • geringe Fertigungszeiten und hohe Auftragsraten,
  • geringe thermische Belastungen während der Fertigung,
  • geringere Rohmaterialkosten (drahtbasiert) als bei pulver- und laserbasierten Verfahren.

Das LMP kann durch die Verarbeitung von Aluminiumlegierungen in der additiven Fertigung für Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen (zum Beispiel Luft- und Raumfahrt, Mobilität, Energiesektor) entscheidende Innovationspotenziale freisetzen.

Druckprozess von Bauteilen mittels LMP
© Fraunhofer IGCV
Druckprozess von Bauteilen mittels LMP

Ziele des Projekts »AluWireLMP«

Im Projekt »AluWireLMP« konzentriert sich das Fraunhofer IGCV mit den Projektpartnern der GROB-Werke GmbH & Co. KG (Mindelheim) sowie der Gutmann Aluminium Draht GmbH (Weißenburg) auf die Etablierung und Qualifizierung von neuen, industrierelevanten Aluminiumlegierungen.


Dazu steht dem Fraunhofer IGCV die GMP3000 von GROB als erste Anlage ihrer Art zum Liquid Metal Printing zur Verfügung.  

Im Fokus stehen die systematische Optimierung von Prozessparametern für magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen sowie die Prozessqualifizierung mittels Bestimmung und Bewertung von Bauteileigenschaften, wie der Bruchdehnung, der Streckgrenze oder der Zugfestigkeit sowie der Dichte und der Maßhaltigkeit.

Ziel des Projekts ist die Verarbeitung einer AlSi10Mg mittels LMP und die Prozessoptimierung. Zur Annäherung und Erforschung des verarbeitbaren Materialspektrums liegt der derzeitige Untersuchungsfokus auf der AlSi12-Legierung. Anhand von Probekörpern wird beispielsweise die Auswirkung der Tropfenaktuierung und Umgebungsbedingungen hinsichtlich der Bauteil- und Prozesseigenschaften untersucht.

LMP-Bauteile
© Fraunhofer IGCV
li: LMP-gefertigte Probekörper aus AlSi12 unter Variation der Tropfenerzeugung und Umgebungsbedingung re: LMP-gefertigte Schneeflocke

Fazit und Impact des Projekts »AluWireLMP«

Mittels LMP können anwendungsnahe Bauteile aus AlSi12 mit einer Dichte von über 98 % gefertigt werden. Ausgehend vom digitalen Konstruktionsmodell ist das anwendungsnahe Demonstrationsbauteil (Bild rechts) in rund 120 Minuten Fertigungszeit ohne Supportstrukturen erzeugt worden.

Anwendungsnahes Bauteil aus AlSi12 mit nachgearbeiteten Funktionsflächen
© Fraunhofer IGCV
Anwendungsnahes Bauteil aus AlSi12 mit nachgearbeiteten Funktionsflächen

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