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Überblick zu Additive-Manufacturing-Verfahren im Industrie-Einsatz

Vortrag gehalten auf dem 1. VDI-Strategiekongress "Additive Manufacturing" 2017, Technologien - Globale Produktionsverbünde 4.0 - neue Geschäftsmodelle, 21. - 22. März 2017, Stuttgart
 
: Müller, Bernhard

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Präsentation urn:nbn:de:0011-n-4816683 (3.7 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 419f059085673bd8f93b8e41b341d96d
Erstellt am: 31.1.2018


2017, 38 Folien
Strategiekongress "Additive Manufacturing" <1, 2017, Stuttgart>
Deutsch
Vortrag, Elektronische Publikation
Fraunhofer IWU ()
Generative Fertigung; additive Fertigung; additive manufacturing; 3D-Druck; 3D printing; Strahlschmelzen; Laserstrahlschmelzen; selective laser melting

Abstract
Die additive Fertigung von Komponenten ermöglicht vollkommen neue Wege in der Entwicklung und Fertigung innovativer Bauteile und Produkte. Das Spektrum am Markt verfügbarer sowie neu an den Markt gelangender additiver Fertigungsverfahren ist weit und unübersichtlich. Einige wenige Verfahren haben bereits heute einen Status erreicht, der serienhafte industrielle Applikation möglich macht. Dazu gehört zum Beispiel das pulverbett- und laserbasierte Verfahren Laser-Strahlschmelzen zur additiven Herstellung metallischer Bauteile. Aufgrund des schichtweisen, werkzeuglosen Aufbaus der Bauteile bietet dieses Verfahren eine nahezu unbegrenzte gestalterische und konstruktive Freiheit und ermöglicht dadurch die Fertigung nahezu beliebig komplexer Geometrien und Strukturen aus metallischen Werkstoffen. Die Anwendungen des Laserstrahlschmelzens reichen von der Herstellung von Ur- und Umformwerkzeugen mit konturnahen Kühlkanälen über die Fertigung hochkomplexer und beanspruchter Komponenten in Kleinserie oder als Prototyp bis hin zur Fertigung patientenspezifischer Implantate. Moderne Konstruktionsmethoden wie die Topologieoptimierung erlauben neben verbesserter Funktionalität der Bauteile eine signifikante Gewichtsreduzierung und Ressourceneffizienz im Fertigungsprozess. Partielle Gitterstrukturen in Bauteilen ermöglichen Lösungen mit lokal unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften bei hohen Anforderungen an den Leichtbau. Marktstudien renommierter Wirtschaftsberatungsunternehmen zeigen ein starkes und stetiges Wachstum für den 3D-Druck von Metallen in den Branchen Konsumgüterproduktion, Automotive, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt und insbesondere auch dem branchenübergreifenden Werkzeugbau bei sinkenden Stückkosten in den nächsten Jahren. Die Forschungsschwerpunkte des Fraunhofer IWU reflektieren diese Entwicklung. Im Werkzeugbau steht die Entwicklung und Auslegung innovativer, konturnaher Werkzeugtemperiersysteme für Anwendungen im Spritzguss, Druckguss, Schmieden und der Warmumformung von Blechen im Vordergrund. Im Fokus der Forschungsarbeit ist dabei auch die Integration weiterer Zusatzfunktionen in Werkzeuge und Formen wie Aktorik und Sensorik und die gezielte Medienzuführung an Funktionsflächen wie z.B. die Schmierung bei der Blechumformung. Mit den gefundenen Lösungen stehen neuartige Möglichkeiten zur Verfügung, technologisch bedingte Problemstellen, wie z. B. lokale Porositäten in Gussteilen, zu reduzieren. Während das durch die additive Herstellung signifikant verbesserte Thermomanagement von Werkzeugen und Formen zu deutlich verkürzten Produktionszykluszeiten und verbesserten Bauteilqualitäten führt, ermöglicht die Sensor- und Aktorintegration eine neue Qualität der Prozessüberwachung und Prozessbeeinflussung und -regelung im Serienfertigungsprozess. Im Bereich der Medizintechnik stehen patientenindividualisierte und funktionalisierte Implantate im Mittelpunkt der Forschung. Auch hier erfolgt die Integration innovativer Funktionen mit den Möglichkeiten des 3D-Drucks. Der Ausgangspunkt der additiven Fertigungstechnologie lag im „Rapid Prototyping“ von Komponenten. Diese Stufe hat die Technologie längst verlassen und heute erfolgt auf dem Gebiet der Komponentenfertigung die zielstrebige Umsetzung von „Rapid Manufacuring“ mit der Fertigung von Bauteilen im metallischen Serienwerkstoff und der Fertigung für den Serieneinsatz. Innovative Produkte wie miniaturisierte Wärmetauscher lassen sich ausschließlich mittels 3D-Druck fertigen. In der nahen Zukunft wird diese Technologie den Ersatzteil-Prozess in wichtigen Branchen des Maschinenbaus, der Automobilindustrie und der Luftfahrt revolutionieren und die Kosten für Lagermanagement signifikant senken. Innovationsschübe, auch hinsichtlich Produktivitätssteigerung und Kostensenkung, sind für die Metallverfahren als ergänzende Technologie bei der Herstellung von Gussteilen in den nächsten Jahren zu erwarten, auch dank der engen Forschungszusammenarbeit in Gremien wie der Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung und dem Netzwerk Strahlschmelzen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-481668.html