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Exemplarisches Schema der Prozessschritte zum Pulverauftrag mittels Fotoleiter

Elektrophotographisches Multimaterial-Auftragsmodul

 

Die zunehmende industrielle Relevanz des pulverbettbasierten Laserauftragsschweißens (laser powderbed-based fusion, LPBF) hat in den letzten Jahren zu neuen technologischen Entwicklungen wie der Multimaterialverarbeitung geführt. Die Verarbeitung mehrerer Materialien in der Additiven Fertigung erfordert ein Umdenken hinsichtlich der bisherigen Pulverbeschichtungsmechanismen. Multimaterial kann unterschiedliche Komplexitätsgrade aufweisen wie beispielsweise Materialübergänge in den drei Raumrichtungen bis hin zur damit einhergehenden unerwünschten wechselseitigen Pulverkontamination während des Bauprozesses. Grundsätzlich lassen sich die unterschiedlichen Auftragsprinzipien in das flächenwirksame Rakelprinzip, den linienförmigen Pulverauftrag mittels Düsenprinzip und den Pulverauftrag mittels Elektrofotographie einteilen. Das Rakel- und Düsenprinzip stoßen bei der positionier- und dosiergenauen Pulverablage an ihre Grenzen, gerade bei kostengünstig hergestelltem, schlecht fließfähigem Pulver. Im Vergleich bietet die Elektrophotographie das Potenzial bei großem Durchsatz eine örtliche definierte Abgabe von unterschiedlichen Pulvermaterialien sicherzustellen.

Der elektrofotographische Prozess ist in Laserdruckern seit Jahren etabliert. In Anlehnung an das Verfahren von Laserdruckern sind Prozessschritte schematischen in der Abbildung 1 dargestellt und werden wie folgt unterteilt: Aufladung - Belichtung - Anziehung - Ablage. Die Pulveranziehung und -ablage wird dabei durch elektrostatische Feldkräfte ermöglicht. Das präzise Pulverhandling wird durch eine dünne Fotoleiterschicht realisiert, welche heut zu Tage überwiegend aus organischem Fotoleitermaterial (organic photoconductor, OPC) besteht. Fotoleiter sind lichtempfindliche Komponenten und ihr Wirkungsprinzip ähnelt dem von Halbleitern: Die Besonderheit ist, dass sie bei Abwesenheit von Licht als Isolatoren wirken und durch Photonen lokal leitfähig werden können. Die Belichtung des Fotoleiters führt zu einer selektiven Entladung und formt die Grundlage für einen gezielten Pulverauftragsmechanismus. So wird gezielt eine Ladungskontur auf die Fotoleiteroberfläche aufgebracht, welche dem späteren Bauteil entspricht.

Die Übertragbarkeit des elektrofotographischen Prozesses auf das LPBF und die entsprechenden Prozessbedingungen ist noch nicht ausreichend untersucht und Gegenstand dieses Forschungsprojekts. Zielsetzung dieses Projekts ist daher die systematische Untersuchung der Eignung eines Fotoleiters für das Applizieren von zwei oder mehr Pulverwerkstoffen und somit die Erschließung der Potenziale durch die Entwicklung eines Auftragsmoduls.

Exemplarisches Schema der Prozessschritte zum Pulverauftrag mittels Fotoleiter
© Fraunhofer IGCV
Exemplarisches Schema der Prozessschritte zum Pulverauftrag mittels Fotoleiter

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