Entwicklung und Qualifikation eines neuartigen Verfahrens der additiven Fertigung

HIER: fachliche Teilprojektleiterin Werkstofftechnik Cluster 3. Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Dahlmeyer

Mit additiver Fertigung sind bisher in der Regel keine vergleichbaren Qualitäten (Toleranzen, Oberflächen, Werkstoffeigenschaften usw.) zu erzielen wie mit anderen Fertigungsverfahren, zum Beispiel mit spannender Bearbeitung oder Nachbehandlung. Produkte mit einerseits hoher geometrischer Komplexität und andererseits hoher lokal geforderter Genauigkeit oder besonderen lokalen Eigenschaften können dadurch erzeugt werden, dass getrennt einerseits komplexe Bestandteile additiv und andererseits Bestandteile mit besonderer Qualität zum Beispiel spanend gefertigt oder gesondert nachbehandelt werden und die Komponenten anschließend zu einer Baugruppe konventionell gefügt werden. Zum Teil erfordern aber auch Fügestellen eine Genauigkeit, die nicht allein additiv, sondern nur durch Nachbearbeitung erreicht werden kann. Nach dem geltenden Paradigma „endkonturnahes Aufbauen mit nachgelagerter Bearbeitung“ in der Additiven Fertigung müssen Gewinde häufig nachgeschnitten, Passungen gerieben oder gefräst, oder Anlageflächen winklig und plan gefräst werden. Dadurch sind besondere Geometrien am Produkt zum Spannen und Fügen sowie zusätzliche Rüst- und Spannzeiten erforderlich. Der Zugang zu nachzubearbeitenden Flächen kann je nach Bauteilgeometrie deutlich erschwert bis unmöglich sein. Die Nachbearbeitung an sich kann ebenfalls zu nicht unerheblichem Aufwand führen, z.B. ist das Schneiden dünner Gewinde in hochfesten Titanwerkstoffen durchaus problematisch. Es ist daher in vielen Fällen vorteilhaft, nachgelagerte Bearbeitungs- und Behandlungsschritte an additiven Bauteilen vorzunehmen.

Um die angeführten Probleme zu überwinden, wurden neuartige Fertigungsverfahren und Einrichtungen für das Paradigma „Aufbau-integriertes Fügen mit vorgelagerter Bearbeitung“ konzipiert. Sie verändern den bekannten Aufbauprozess so, dass vorgefertigte Fremdbestandteile in den Aufbau integriert und richtungsabhängige Eigenschaften durch Veränderung der Aufbaurichtung und Mischung unterschiedlicher Werkstoffe günstig beeinflusst werden können. Darüber hinaus vermeiden sie die Nachteile eines Pulverbetts, erlauben flexiblere Materialkombinationen und flexiblere Aufbauweisen mit lokal angepasster Aufbaurichtung und damit verbundenen Eigenschaften. Im Gegensatz zum Verfahren, in denen ein Pulverbett im gesamten Arbeitsraum aufgeschichtet und gerakelt werden muss, können vorgefertigte Bauteile oder Kaufteile im Arbeitsraum fixiert werden und durch Andrucken, Umdrucken, Verbinden und Beschichten zu neuen Baugruppen verarbeitet werden.
https://www.ezn.de/ezn-patent/additive-fertigung-3d-druck-von-bauteilen-mit-einlegeteilen/

Die Entwicklungen sind auf einem konzeptionell und patentrechtlich fortgeschrittenen Stand, mit punktuellen ersten experimentellen Erkenntnissen, aber für den Transfer nicht ausreichend gereift.

Ziel des Projektes ist es, durch anwendungsorientierte Forschung die neuartigen Verfahren und Vorrichtungen analytisch, experimentell und modellierend auf höhere Reifegrade zu überführen und den lizensierten Transfer in die produktive Anwendung der HTW-eigenen Technologie zu befördern. Gleichzeitig ermöglicht dies das exemplarische Beforschen des neuen grundlegenden neuen Paradigmas „Aufbauintegriertes Fügen nach vorgelagerter Bearbeitung“. Als Transfer des Prinzips Integrierter Schaltkreis bzw. der „Aufbau- und Verbindungstechnik“ in die Domäne der Mechanik eröffnet dieses neue, produktivere Perspektiven für die Schlüsseltechnologie Additive Fertigung.
Dazu sollen

  • die Bewertungskriterien für Machbarkeit und Wirksamkeit für sowie Einflussgrößen auf das Verfahren identifiziert und festgelegt werden,
  • eine modulare Versuchsanlage zur Demonstration des Verfahrens entwickelt werden,
  • die Funktionsweise und Wirksamkeit des Verfahren in mehreren aufeinander aufbauenden Schritten auf Anwendbarkeit entwickelt und anhand der Bewertungskriterien validiert werden,
  • sowie die perspektivische Leistungsfähigkeit des Verfahrens zur Anknüpfung von weiterführender Forschung und Entwicklung abgeschätzt werden.

Projektlaufzeit

1.10.2020 - 30.9.2024

Projektleitung

Kooperationspartner

  • Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl WTM (Werkstoffwissenschaften und Technologie der Metalle)

Mittelgeber

HTW Berlin

Förderprogramme

1 Personaleinsatzkonzept zur Einführung eines haushaltsbasierten Mittelbaus am FB2 (PEK2)