Additive Fertigung

Die Additive Fertigung (AM) zeichnet sich, im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren, durch den schichtweisen Aufbau der dreidimensionalen Form des Bauteils direkt aus der CAD-Geometrie aus. Grundmaterialien sind hierbei Metallpulver, Metall- oder Polymerfilamente sowie Harze und Tinten die durch Energiezufuhr oder chemische Vernetzung konsolidiert werden. Als Energiequellen kommen heute hauptsächlich laser- oder Elektronenstrahlquellen sowie elektrisch oder induktiv geheizte Extrusionsköpfe zum Einsatz. Durch die direkte Herstellung des Bauteils ohne geometriegebundene Werkzeuge oder Formen, kommt der additiven Fertigung insbesondere im Bereich des Advanced Manufacturing eine Vorreiterrolle zu. Die durchgehende Digitalisierung und Automatisierung der Prozesskette, die Produkte mit hoher Designkomplexität sowie die Möglichkeit zur Funktionsintegration ermöglichen der additiven Fertigung in verschiedenen Anwendungsbereich eine immer intensivere Nutzung als innovative Technologie.

Additiv gefertigte Bauteile weisen aufgrund des schichtweisen Aufbaus mit spezifischer Belichtungs- oder Ablagestrategie des Grundwerkstoffs neben einer charakteristischen Gefügestruktur ebenfalls prozessbedingte Defekte (Poren, Lunker, Risse) auf. Dabei ist die Kenntnis über die Entstehungsgründe in Zusammenhang mit der Prozessführung sowie die Auswirkung auf Bauteileigenschaften und Bauteilverhalten grundlegend für die Anwendbarkeit als additiv gefertigt Strukturbauteile. Gleichzeitig bietet die stark lokalisierte Prozesszone (z. B. im Schmelzbad oder bei der Filamentextrusion) die Möglichkeit die Gefüge und Defektstrukturen gezielt zu steuern. Hierbei ist eine prozessseitige genaue Kontrolle der Temperaturhistorie und der Belichtungs/Ablagestrategie vom Schmelzbad über die Einzelschicht bis hin zum Gesamtbauteil notwendig. Aufgrund dieser komplexen Zusammenhänge in den Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen ist insbesondere die Reproduzierbarkeit und Prüfung additiv hergestellter Bauteile noch ein weitgehend offenes Forschungsfeld.

Im Bereich der Additiven Fertigung arbeiten wir an den Themen:

• SLM-Topo: Entwicklung einer prozessspezifischen Topologieoptimierungsmethode für die Additive Fertigung von Leichtbaustrukturen am Beispiel des SLM-Verfahrens
• Charakterisierung und Optimierung additiv gefertigter Cu-Induktoren für komplexe Bauteile
• Material- und prozessgerechte zerstörungsfreie Prüfung additiv gefertigter Bauteile mittels Computertomographie
• Additive Fertigung von 16MnCr5 und 42CrMo4 durch Pulverbettschmelzen und intrinsische Wärmebehandlung zur Verbesserung der Ermüdungseigenschaften
• ZIM-Projekt „Leichtbauzahnrad“: Entwicklung eines Produktionsprozesses neuartiger Leichtbau-Zahnräder aus Stahllegierungen auf Basis eines innovativen selektiven Laserschmelzprozesses nebst Oberflächenvergütung