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.     

Der 3D-Druckprozesses im Video:

Herstellung von Multimaterialbauteilen im Projekt FORNEXTGEN

Generative Fertigung: Laserstrahlschmelzen

Die verwendeten Werkstoffe müssen zunächst in feiner Pulverform vorliegen, um davon eine dünne Schicht auf die Bauplattform auftragen zu können. Anschließend schmilzt ein leistungsstarker Laser das Pulver selektiv auf (engl. laser beam melting, LBM). An welchen Stellen belichtet wird, erschließt sich direkt aus den CAD-Daten des zu fertigenden Bauteils. So wird es möglich, komplexeste Strukturen werkzeuglos zu realisieren, die bei geringem Gewicht höchste Stabilität erzielen können. Zudem ist eine neue Form der Funktionsintegration möglich. Beispielsweise können während des Bauprozesses Kavitäten freigelassen werden, um so Sensorik in Vollmaterialbauteile zu integrieren. Auf diesem Weg können in Bauteilen an Stellen Informationen gesammelt werden, die ansonsten nur schwer oder gar nicht erreichbar sind.

Funktionsintegration durch Multimateriallösungen

Ein weiteres Forschungsgebiet zur Funktionsintegration stellt die Multimaterialverarbeitung dar, bei der mindestens zwei unterschiedliche Materialien verwendet werden. Diese können dann eine beliebige Verteilung sowohl in Aufbaurichtung als auch in der Bauebene aufweisen. Eine mögliche Anwendung wäre beispielsweise ein Hartmetallwerkzeug mit integrierten Kühlkanälen aus Kupfer. Auch kann mit dieser Technik eine Kontaktierung der integrierten Sensorik erfolgen. Die Entwicklung von Multimateriallösungen ist eine Kernkompetenz des Fraunhofer IGCV.

Additive Fertigung in der Industrie

Um das Verfahren allgemein noch wirtschaftlicher zu gestalten, findet eine ständige Optimierung bezüglich In-, Pre- und Post-Process statt. Es werden also ständig innovative Verbesserungen bezüglich des Vorbereitens der CAD- und Baujobdaten, dem Rüsten und Vorbereiten der Laserstrahlschmelzanlagen bis hin zur Nachbearbeitung der Bauteile und einem idealen Pulverrecycling umgesetzt. An diesen und anderen Forschungsschwerpunkten setzt das Fraunhofer IGCV auf dem neusten Stand der Technik an, um weiterhin Qualität und Effizienz zu steigern, Kosten zu senken und so das rasante Voranschreiten der Additiven Fertigung in der Industrie weiter voranzutreiben.

Werkstoffe und Prozessentwicklung

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

Implementierung und Prozessketten

Einspritzdüsen aus Platin-Rhodium
© Fraunhofer IGCV
Einspritzdüsen aus Platin-Rhodium
  • Kundenspezifische Technologieimplementierung
  • Systematische Bauteilauswahl
  • Pulverqualität und Pulverrecycling
  • Online-Prozessüberwachung
  • Technologieradar für Trends in der Additiven Fertigung

AMLab: Labor für Additive Fertigung

Das Additive Manufacturing Laboratory (AMLab) ist eine Kooperation des Fraunhofer-Instituts für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV und des Instituts für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TU München.

Das AMLab wurde 2012 mit dem Ziel gegründet, die Anlagen- und Prüftechnik gemeinschaftlich zu nutzen sowie gemeinsam an verschiedenen Verfahren zu forschen, z.B. dem Laser-Strahlschmelzen oder der lichtbogenbasierten Additiven Fertigung. Experimentelle und analytische Untersuchungen tragen dazu bei, das Prozessverständnis dieser Verfahren zu erweitern und mit innovativen Ideen das Anwendungsspektrum zu ergänzen. Dabei werden sowohl der Pre-, In- als auch der Post-Prozess betrachtet.

Mehr Informationen:

Website AMLab

Flyer AMLab

Additive Fertigung: Prüfen eines AM Bauteils
© Fraunhofer IGCV
Additive Fertigung: Prüfen eines AM Bauteils

Referenzprojekte Additive Fertigung

 

AM4Industry

The project goal is to provide an approach for a supply-chain- and lifecycle-wide concept that enables producing companies implementing additive manufacturing in an economical way.

 

DIELEKTRO

Wir fertigen Multimaterialbauteile - Diese bestehen aus zwei unterschiedliche Werkstoffen, die eine beliebige Verteilung beider Materialien sowohl in Aufbaurichtung als auch in der Bauebene aufweisen.  

 

Einsatzhärten additiv gefertigter Stahlbauteile

Durch Additive Fertigung (Laserstrahlschmelzen) ergeben sich einzigartige Möglichkeiten in der Formgebung von Stahlbauteilen.

 

 

FASTMULT

Im Rahmen des Projekts FASTMULT soll die wirtschaftliche Herstellung von großvolumigen Multimaterialbauteilen mittels eines auftragsbasierten additiven Fertigungsverfahrens auf Basis des Kaltgasspritzens untersucht werden.

 

FORNEXTGEN

Flexibilisierung der Additiven Fertigung für die Herstellung funktionsoptimierter Werkzeug- und Formeinsätze.

 

KINEMATAM

Das Ziel des Forschungsprojekts KINEMATAM ist es, gekapselte mechatronische Baugruppen mittels eines angepassten Laserstrahlschmelzprozesses umzusetzen und bildet somit den nächsten Entwicklungschritt im Bereich der Funktionsintegration.

 

Leichtbau-Zahnrad

  • Verarbeitung von Sonderlegierungen
  • Multimaterialverarbeitung und kundenspezifische Prozessoptimierung
  • funktionsintegrierter Leichtbauteile
  • Prozessketten und Metall-CFK-Verbunde
 

MULTITRENN

Aufgrund des großen Preisdrucks ist die Wiederverwendung eines Großteils von eingesetztem Pulver Voraussetzung, um im internationalen Wettbewerb zu bestehen. Das Pulverrecycling ist bedeutend für die Wirtschaftlichkeit des LBM-Verfahrens.

Weitere Projekte

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

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