KINEMATAM

Die pulverbasierte Additive Fertigung von metallischen Bauteilen genießt seit einigen Jahren eine verstärkte Aufmerksamkeit in der Industrie. Eines der renommiertesten Verfahren ist hierbei das Laserstrahlschmelzen, welches die Herstellung von mechanisch hochbelastbaren Bauteilen mit nahezu beliebig komplexen Strukturen ermöglicht. Gleichzeitig lässt sich eine Zusammenführung mehrerer Funktionen in einem Bauteil hoher Komplexität, durch dieses Verfahren, umsetzen. Diese sogenannte Funktionsintegration lässt eine Reduktion von Montageschritten zu und erlaubt die Einsparung von Bauteilkosten und Gewicht.

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. Durch die Implementierung eines Handhabungssystems in eine additive Laserstrahlschmelzanlage wird das Einlegen und Kontaktieren von mechatronischen Baugruppen während des Prozesses ermöglicht. So lassen sich vollwertige mechatronische Systeme im Inneren eines lasttragenden, metallischen Bauteils realisieren (siehe Abbildung).

Um einen vollständig automatisierten, aber auch robusten Fertigungsprozess garantieren zu können, muss auf eine elektrische Isolation der eingelegten Komponenten geachtet werden. Hierzu wird ein elektrisch isolierender Werkstoff benötigt, welcher die elektrische Komponente vom Rest des Bauteils abschirmt und mittels Laserstrahlschmelzen verarbeitet werden kann.

Der durch das Projekt KINEMATAM erreichte Technologiefortschritt erlaubt die einfache Erfassung von detaillierten, belastbaren und auslegungsrelevanten Daten an schwer erreichbaren Positionen, welche sonst nur mit hohem Aufwand oder gar nicht erhoben werden könnten. Die integrierte Sensorik ermöglicht somit eine optimierte Auslegung von Konstruktionen, eine verbesserte Regelung von Betriebszuständen, eine vorausschauende Instandhaltung (predictive maintenance) oder die Rückverfolgbarkeit von Bauteilinformationen (traceability) (siehe Abbildung).

Beispielhafte Turbinenschaufel mit integrierter Sensorüberwachung
© Fraunhofer IGCV
Beispielhafte Turbinenschaufel mit integrierter Sensorüberwachung
 Ermittlung verschiedenster Informationen durch Sensorintegration, am Beispiel einer Turbinenschaufel mit implementiertem Kühlkanal
© Fraunhofer IGCV
Ermittlung verschiedenster Informationen durch Sensorintegration, am Beispiel einer Turbinenschaufel mit implementiertem Kühlkanal

Video KINEMATAM

Erstmalige automatisierte Integration eines Sensors in ein laserstrahlgeschmolzenes Bauteil, während des Fertigungsprozesses.

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