Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Analysis and recycling of bronze grinding waste to produce maritime components using directed energy deposition
    ( 2021)
    Müller, Vinzenz
    ;
    Marko, Angelina
    ;
    Kruse, Tobias
    ;
    Biegler, Max
    ;
    Rethmeier, Michael
    Additive manufacturing promises a high potential for the maritime sector. Directed Energy Deposition (DED) in particular offers the opportunity to produce large-volume maritime components like propeller hubs or blades without the need of a costly casting process. The post processing of such components usually generates a large amount of aluminum bronze grinding waste. The aim of the presented project is to develop a sustainable circular AM process chain for maritime components by recycling aluminum bronze grinding waste to be used as raw material to manufacture ship propellers with a laser-powder DED process. In the present paper, grinding waste is investigated using a dynamic image analysis system and compared to commercial DED powder. To be able to compare the material quality and to verify DED process parameters, semi-academic sample geometries are manufactured.
  • Publication
    Automated Tool-Path Generation for Rapid Manufacturing of Additive Manufacturing Directed Energy Deposition Geometries
    ( 2020)
    Biegler, Max
    ;
    Wang, Jiahan
    ;
    Kaiser, Lukas
    ;
    Rethmeier, Michael
    In additive manufacturing (AM) directed energy deposition (DED), parts are built by welding layers of powder or wire feedstock onto a substrate with applications for steel powders in the fields of forging tools, spare parts, and structural components for various industries. For large and bulky parts, the choice of tool-paths influences the build rate, the mechanical performance, and the distortions in a highly geometry-dependent manner. With weld-path lengths in the range of hundreds of meters, a reliable, automated tool-path generation is essential for the usability of DED processes. This contribution presents automated tool-path generation approaches and discusses the results for arbitrary geometries. So-called “zig-zag” and “contour-parallel” processing strategies are investigated and the tool-paths are automatically formatted into machine-readable g-code for experimental validation to build sample geometries. The results are discussed in regard to volume-fill, microstructure, and porosity in dependence of the path planning according to photographs and metallographic cross-sections.
  • Publication
    Prognose der Oberflächenbeschaffenheit für die additive Fertigung mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen
    ( 2018)
    Marko, Angelina
    ;
    Petrat, Torsten
    ;
    Graf, Benjamin
    ;
    Rethmeier, Michael
    In den letzten Jahren hat vor allem die Nachfrage nach additiven Fertigungstechnologien und Reparaturverfahren für hochfeste Werkstoffe einen starken Aufschwung erlebt. Ein Verfahren, welches sich neben der Herstellung von Beschichtungen besonders für diese Anwendungen eignet, ist das Laser-Pulver-Auftragschweißen. Es wird besonders für Reparaturen bzw. zur Herstellung von teuren Bauteilen, wie Werkzeugen oder Turbinenteilen, eingesetzt. Da diese Teile oft großen mechanischen sowie thermischen Belastungen ausgesetzt sind, ist es besonders wichtig, dass die erzeugte Struktur eine hohe Qualität aufweist. In dieser Arbeit wird die statistische Versuchsplanung genutzt, um Modelle für die Oberflächenbeschaffenheiten von Inconel 718 zu generieren. Als Grundlage dient hierbei ein zentral zusammengesetzter Versuchsplan mit großem Parameterfenster. So wird die Leistung zwischen 550 Watt und 1950 Watt, der Vorschub von 530 mm/min bis 920 mm/min, der Pulvermassenstrom von 3 g/min bis 12 g/min sowie der Spotdurchmesser von 1 mm bis 2 mm variiert. Auf diese Weise wird die Spurgeometrie beeinflusst. Darüber hinaus wird das Überlappungsverhältnis zwischen 20% bis 50 % verändert. Die Auswertung der Oberflächenbeschaffenheit erfolgt mit dem auf der Fokusvariation basierendem Oberflächenmessgerät Alicona Infinite- Focus. Dieses Verfahren der 3D Mikrokoordinatenmesstechnik gewährleistet eine zuverlässige Auswertung der Spurgeometrie, der Welligkeit sowie die Messung der mittleren arithmetischen Höhe Sa zur Bestimmung der Oberflächenrauheit. Anschließend werden die generierten Modelle verifiziert. Ziel dabei ist es, kostenintensive Vorversuche in Zukunft einzusparen. Darüber hinaus wird das Prozessverständnis erweitert und signifikante Einflussfaktoren identifiziert.
  • Publication
    Embedding electronics into additive manufactured components using laser metal deposition and selective laser melting
    ( 2018)
    Petrat, Torsten
    ;
    Kersting, Robert
    ;
    Graf, Benjamin
    ;
    Rethmeier, Michael
    The paper deals with the integration of a light emitting diode (LED) into an additive manufactured metal component. Selective laser melting (SLM) and laser metal deposition (LMD) are used. The material used is the chrome-nickel steel 316L. The basic component is manufactured by means of SLM and consists of a solid body and an area with grid structure. The solid body includes a duct in the shape of a groove with a recess for the positioning of the power cable. The LED is embedded in the grid structure via an inlet from the solid body. In further processing, the groove is filled with LMD. Two strategies with different parameter combinations were investigated. It shows that a high energy input near the power cable leads to its destruction. By using multiple parameter combinations during the manufacturing process, this destruction can be prevented. There was a comparison of both strategies with regard to the necessary number of tracks and duration of welding time.