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2017 startete das Fraunhofer-Leitprojekt futureAM mit dem Ziel, das Additive Manufacturing (AM) von Metallbauteilen mindestens um den Faktor 10 zu beschleunigen. Im Mittelpunkt der Aktivitäten stand zum einen die ganzheitliche Sicht auf die digitale und physische Wertschöpfung vom Auftragseingang bis zum fertigen metallischen 3D-Druck-Bauteil, zum anderen der Sprung in eine neue Technologie-Generation des AM. Für dieses Ziel definierten die Projektpartner vier Handlungsfelder: Industrie 4.0 und digitale Prozesskette, Skalierbare und robuste AM-Prozesse, Werkstoffe und Systemtechnik/Automatisierung. Dieses Video stellt die Projektergebnisse vor.

Konventionelle Systeme für das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) sind in ihrer Größe limitiert. Bei der Erhöhung des nutzbaren Bauvolumens besteht die Herausforderung darin, eine homogene Schutzgasströmung über das gesamte Pulverbett zu realisieren. Zudem ist eine Produktivitätssteigerung notwendig, um solche Systeme wirtschaftlich einsetzen zu können. Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, hat das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts futureAM ein neuartiges LPBF-Maschinenkonzept für die Fertigung von Großbauteilen entwickelt (Bauraumgröße: 1000 x 800 x 350 mm³).

Beschleunigung der Additiven Fertigung von Metallbauteilen mindestens um den Faktor 10 – mit diesem Ziel startete 2017 das Fraunhofer-Leitprojekt »futureAM – Next Generation Additive Manufacturing«. Sechs Fraunhofer-Institute erreichten nun bis zum Projektende im November 2020 gemeinsam Technologiesprünge in der Systemtechnik, bei den Werkstoffen und in der Prozessführung sowie bei der durchgängigen Digitalisierung und steigerten so Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit des Metal Additive Manufacturing entlang der gesamten Prozesskette.

Hochleistungs-Diodenlaser weisen interessante Eigenschaften für den Einsatz in der additiven Fertigung auf. Aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Strahlqualität sind Diodenlaser jedoch nur schwer in konventionelle scannerbasierte LPBF-Maschinen zu integrieren. Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »futureAM« wurde ein LPBF-Maschinenaufbau entwickelt, der einen industriellen Hochleistungsdiodenlaser, einen Galvanometer-Scanner und eine kundenspezifische F-Theta-Linse kombiniert, und für die Bearbeitung von Edelstahl (AISI 316L) validiert. Dieser Ansatz liefert vergleichbare Bauteileigenschaften und Maschinenproduktivitäten wie konventionelle faserlaserbasierte LPBF-Systeme.

Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts futureAM haben Wissenschaftler des Fraunhofer ILT eine optimierte Prozessstrategie für das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) entwickelt. In den Prototyp der LPBF-Maschine des Fraunhofer ILT mit einer maximalen Bauraumgröße von 1000 mm x 800 mm x 500 mm wurde ein Multi-Scanner-Bearbeitungskopf mit fünf Laserscanner-Systemen integriert. Um die Produktivität des Systems zu erhöhen, wurde eine synchronisierte Bewegung der Galvanometerscanner und des Linearachssystems realisiert, die eine On-the-fly-Bearbeitung ermöglicht.

Mindestens um den Faktor 10 will ein Zusammenschluss von sechs Fraunhofer-Instituten im Fraunhofer-Leitprojekt »futureAM – Next Generation Additive Manufacturing« den 3D-Druck mit Metallpulver beschleunigen. Dass es sich nicht um Zukunftsmusik handelt, beweisen erste handfeste Ergebnisse, die das futureAM-Team auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand D51 in Halle 11 während der formnext vom 19. bis 22. November 2019 in Frankfurt am Main vorstellt.

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS aus Dresden haben innovative Methoden entwickelt, durch die mehr Werkstoffe als bisher in der additiven Fertigung nutzbar sind. So könnten additive Fertigungsanlagen in Zukunft zum Beispiel bessere Flugzeugtriebwerke ermöglichen, die weniger Kraftstoffe verbrauchen. Dafür müssen die Ingenieure allerdings zunächst die aktuell gängigen industriellen 3D-Drucker verbessern, damit diese Maschinen auch sehr feste und extrem hitzebeständige Legierungen verarbeiten können. Dabei stützen sich die Dresdner auf profunde Erfahrungen mit dem Laser-Pulver-Auftragschweißen und setzen Künstliche Intelligenz (KI) ein. Ihre besondere Werkstoffexpertise bringen sie in das Fraunhofer-Verbundprojekt »futureAM« ein. Das Ziel der Verbundpartner: Additive Fertigungsanlagen für Metallbauteile sollen zehn Mal schneller werden und auch mit Superlegierungen zurechtkommen.

Im Rahmen des Fraunhofer Leitprojekts futureAM haben Wissenschaftler des Fraunhofer ILT ein skalierbares Maschinenkonzept für das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) großer Metallbauteile entwickelt. In diesem System, das ein sehr großes, effektiv nutzbares Bauvolumen bietet (1000 mm x 800 mm x 500 mm), kommt ein neuer mobiler Laserbearbeitungskopf zum Einsatz. Damit kann die Produktivität im Vergleich zu herkömmlichen LPBF-Systemen um den Faktor 10 gesteigert werden. Das Video zeigt Ausschnitte aus einem LPBF-Prozess im neuen System.

Um die Zukunft des 3D-Drucks geht es auf der formnext 2018 in Frankfurt am Main. Besonders spannende Einblicke bietet das Fraunhofer-Leitprojekt futureAM, an dem sechs Fraunhofer-Institute beteiligt sind: Im Mittelpunkt steht zum einen die ganzheitliche Sicht auf die digitale und physische Wertschöpfung vom Auftragseingang bis zum fertigen metallischen 3D-Druck-Bauteil, zum anderen der Sprung in eine neue Technologie-Generation der additiven Fertigung.

Neue Entwicklungen und Visionen aus dem Bereich Additive Manufacturing, insbesondere zur Zukunft des 3D Drucks im metallischen Bereich, präsentierten die Partner des Fraunhofer-Leitprojekts futureAM zusammen mit weiteren Initiativen beim Fraunhofer-Alumni-Summit 2018 am 28. September in Aachen.