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Schaffung von Grundlagen zur additiven Multimaterialfertigung durch Erweiterung des pulverbettbasierten Laser-Strahlschmelzprozesses mit einem Pastendispenser

 
: Jaretzki, Martin
: Kordaß, Richard

Dresden, 2016, 89 S.
Dresden, TU, Dipl.-Arb., 2016
Deutsch
Diplomarbeit
Fraunhofer IWU ()
generative Multimaterialfertigung; laser beam melting; Dispensen; Paste; Selective Compliance Assembly Robot Arm; generative Fertigungsverfahren; additive Fertigungsverfahren; Schichtaufbau im Pulverbett; LBM; SCARA

Abstract
Die generative Multimaterialfertigung erweitert die Möglichkeiten zur Eigenschaftsgradierung von Bauteilen. Derzeit existieren für das Laser-Strahlschmelzen (LBM) hauptsächlich Ansätze, welche auf die exakte Positionierung von Pulverpartikeln abzielen. Die Durchmischung der Pulverwerkstoffe kann damit während und insbesondere nach dem Schichtaufbau jedoch nicht verhindert werden. Diese Pulver werden für weitere Bauprozesse somit unbrauchbar. Zur Lösung dieses Problems wurde ein System, bestehend aus zwei mechanischen Pastendispensern und einer Absaugeinheit, zur Integration in eine LBM-Anlage „Realizer SLM 100“ entwickelt. Im LBM-Prozess wird zunächst eine Kavität gebildet, dort das vorliegende Pulver entfernt und ein pastöses Zweitmaterial eingebracht. Mit der Lasereinheit erfolgt die thermische Aktivierung der Paste, welche von der Bauplattformheizung unterstützt wird. Die Paste verfestigt sich infolge der Entbinderung und Versinterung. Die zum System gehörige entwickelte Software erlaubt die manuelle, aber auch die ablaufgesteuerte Bewegungsführung des Systems und seiner Werkzeuge. Ein später zwingend notwendiger hoher Automatisierungsgrad wird somit bereits in der Entwicklungsphase beachtet. Eine Anwendung für diesen Prozess zielt zunächst auf den Werkzeugbau, indem die heutigen Möglichkeiten zur konturnahen Kühlung erweitert werden sollen. In einem Werkzeugeinsatz soll in filigranen Bereichen, welche nicht mit einem Kühlkanal versehen werden können, ein Kupfereinsatz ausgeführt werden. Langfristig sollen mit dem Prozess ebenso Leiterbahnen mit Isolierung in Metallbauteilen herstellbar werden, da Pasten mit verschiedenen Füllmaterialien erhältlich und verarbeitbar sind.

 

The additive multimaterial production extends the possibilities for property gradation of components. At present, there are mainly approaches which aim at the exact positioning of powder particles. The intermixing of the powder materials can, however, not be prevented during and especially after layerwise process. Eventually, these powder mixtures are unusable for further processes. To solve this problem, a system consisting of two mechanical paste dispensers and a suction unit was developed for integration into a Laser Beam Melting (LBM) system "Realizer SLM 100". In the LBM process, initially a cavity is formed, where the present powder is removed and a pasty secondary material is introduced. The laser unit is used to thermally activate the paste, which is supported by the build platform heating system. The paste solidifies as a result of debinding and sintering. The software, which is part of the system, allows a manual or sequence-controlled motion of the system and its tools. A high degree of automation, which is absolutely necessary for industrial application, is thus already considered in the development phase. A first application for this process is toolmaking, by expanding today's possibilities for conformal cooling. It is planned to implement a copper tool insert in filigree areas, which cannot be provided with a cooling channel. In the long term, the process is also intended to produce conductor paths with insulation in metal components, since pastes with different filling materials are available and processible.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-431891.html