Innovative Werkstoffherstellung für das Polymer Laser Sintern – Teil 1

Unter Berücksichtigung von Lieferkettenstörungen und immer kürzeren Produktzyklen sowie einem fortschreitenden Trend zur Individualisierung, gewinnt die Additive Fertigung immer mehr an Bedeutung. Der Polymer-3D-Druck mittels Pulverbettverfahren (SLS) hat sich dabei kontinuierlich vom Prototypenbau hin zu einer Standardfertigungsmethode für Kleinserien, Ersatzteile und Individualbauten in vielen Branchen entwickelt. In diesem zweiteiligen Artikel soll zunächst auf die Anforderungen an SLS-Materialien eingegangen und konventionelle Herstellungsverfahren beschrieben werden. Der zweite Teil beschäftigt sich mit den Chancen und Möglichkeiten experimenteller Herstellungsmethoden welche momentan an der Universität Paderborn erforscht werden.

Vorreiter in der Industrialisierung der Additiven Fertigung ist das Polymer Laser Sinter (LS) Verfahren, auch Selektives Laser Sintern (SLS) genannt, bei dem eine dünne, teilkristalline Polymerpulverschicht auf einer Bauplattform aufgetragen, anschließend bis kurz unter die Schmelztemperatur vorgeheizt und selektiv mit einem Laser entsprechend der Bauteilschichtinformation verschmolzen wird (Abbildung 1). Nach dem Absenken der Bauplattform um eine Schicht wiederholt sich der Vorgang so lange, bis der Baujob abgeschlossen ist und die fertigen Bauteile im sogenannten Pulverkuchen abkühlen können. Typischerweise folgen noch weitere Nachbearbeitungsschritte wie grob und fein Entpulvern, glätten oder färben.

Abbildung 1: Lasersinterprozess von der CAD Datei bis zum fertigen Bauteil im Pulverkuchen

Abbildung 1: Lasersinterprozess von der CAD Datei bis zum fertigen Bauteil im Pulverkuchen

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Fertigung von Hybridbauteilen aus Holzfurnieren und Kunststoffen mittels Spritzgießen

Foto (IWF): Bewegliche Werkzeughälfte des Spritzgießwerkzeuges

Foto (IWF): Bewegliche Werkzeughälfte des Spritzgießwerkzeuges

Die Kombination von Kunststoffen mit artfremden Materialien erfolgt im Wesentlichen über das An-, Hinter- und Umspritzen von metallischen Komponenten, die meist als Einleger für Arretierungspunkte in eine übergeordnete Struktur dienen.

Erste Ansätze für die gemeinsame Verarbeitung von Metallen und Kunststoffen als lasttragende Strukturbauteile zielen auf die vorteilhafte Kombination beider Materialien unter Ausnutzung der spezifischen Eigenschaften ab. Die metallische Komponente im hybriden Verbund sorgt für eine ausreichende Festigkeit und die geometrisch flexibel realisierbare Kunststoffapplikation bringt z.B. in Form von Rippen die nötige Steifigkeit auf.

Flächige Hybridbauteile benötigen aber häufig eine Faserverstärkung in der Kunststoffkomponente, um die Verbundsteifigkeit zu erhöhen. Meist kommen dazu in Abhängigkeit der Bauteilanforderungen flächige, vorimprägnierte, textile Halbzeuge wie Organobleche und Tapegelege oder kurzfaserverstärkte Kunststoffgranulate zum Einsatz. Aufgrund der im Vergleich zu Metallen hohen gerichteten mechanischen Eigenschaften können diese bei geeigneter Auslegung eine Wandstärkenreduzierung der Metallkomponente herbeiführen, wodurch das Bauteilgewicht reduziert und der Integrationsgrad der abzubildenden Bauteilfunktionen erhöht werden kann. Weiterlesen

Ein Betrag zur Transformation in der Rohstoffwirtschaft aus dem Labor für nachhaltige und nützliche Innovation für eine globale Rohstoffwende

Fünf schlechte Beispiele: 1) Partikel von Erdölplastik sind über die ganze Welt verteilt, 2) es gibt Plastikinseln im Ozean, 3) Mikroplastik wird am den Polen nachgewiesen, 4) tausende Bauteile aus Plastik finden sich in Geräten eines ganz normalen Haushalts und 5) in der Logistik des Einzelhandels werden bereits zweifach verpackte Lebensmittel mit Plastikfolie zu Großgebinden gepackt.

Eine Frage: Ist eine konservative, unverstellte, gar neutrale Sichtweise auf eine Welt ohne Plastik möglich?

Eine Herangehensweise:„Plastikfrei ohne Augenbinde“ bedeutet im Mikro Think Tank vom Labor für nachhaltige und nützliche Innovationen den skalierten, multidimensionalen und transdisziplinären Blick auf Zustände und Umstände.

Ein Slogan: Mit „plastikfrei“ zu nachhaltigen Lösungen für wirksame Maßnahmen der konkreten Umsetzung von biogilen Kunststoffen beitragen!

Die visionäre Betrachtung greift, von Rohstoffen her, verschiedene Facetten auf und denkt dabei über Produkte hinaus, um eine Transformation durch taten von morgen für eine nachhaltige Zukunft anzuregen. Weiterlesen

Welche Ängste ergeben sich bei Preisverhandlungen und wie sollte ich damit umgehen?

Zwei gleichartige produzierende Zulieferfirmen aus der mittelständischen Industrie mit einem Umsatz von jeweils rund 20 Mio.€ haben sich Anfang des Jahres vorgenommen, eine Preiserhöhung bei Ihren Kunden umzusetzen. Im Management sind jedoch völlig unterschiedliche Voraussetzungen vorhanden.

Beschreibung Firma A

Beim ersten Unternehmen handelt es sich um eine Firma, die schon lange im Familienbesitz ist. Die Geschäftsführung wird entweder mit geeigneten Personen aus den internen Reihen oder mit externen Fachspezialisten besetzt. Den Eigentümern ist es dabei wichtig, dass das Unternehmen nicht nur nach maximalen Erträgen und hohen Renditen geführt wird, sondern dass eine wertebasierte Unternehmenskultur unter den Mitarbeitern herrscht und dass mit den Kunden und Lieferanten eine partnerschaftliche und langfristige Zusammenarbeit umgesetzt wird. Das Management überlegt sich regelmäßig, welchen Herausforderungen es sich heute und in Zukunft stellen muss. Begeisterte Mitarbeiter sind die Investition für die Zukunft. Weiterlesen

Zusammenspiel von Künstlicher Intelligenz (KI) und menschlichem Erfahrungswissen in der Fertigung

Neues Assistenzsystem unterstützt mittelständische Unternehmen ohne KI-Fachexpertise
 Additives Lichtbogenauftragschweißen

Additives Lichtbogenauftragschweißen

Eine „Hybride Intelligenz“, die das Wissen von erfahrenen Werker*innen und die Vorteile von Künstlicher Intelligenz miteinander verknüpft, haben Forschende des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der Technischen Universität Berlin entwickelt. Das System verbindet damit das Beste aus beiden Welten: Menschen verstehen die Zusammenhänge zwischen Qualitätsmerkmalen des Produkts und verschiedenen Parametern im Fertigungsprozess (wie elektrische Leistung, Temperatur, Druck etc.) oft intuitiv aus ihrer Arbeitserfahrung heraus. KI dagegen ist in der Lage, eine Vielzahl an Sensordaten zusammenzuführen und sie in Echtzeit zu analysieren. Dadurch kann die Hybride Intelligenz nicht nur Einblicke in bestimmte Stadien des Fertigungsprozesses geben, die sonst nicht möglich wären. Das vom IWF entwickelte „KI-kognitionsunterstützende Assistenzsystem zur Inprozesskontrolle“ (KIKA-IPK) lernt auch stetig dazu: Sowohl aus den großen Datenmengen wie auch aus dem direkten Feedback der Werker*innen. Gerade kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), die keine In-house-Expertise in KI haben, können davon profitieren. Weiterlesen

Additive Fertigung – durchgängig simuliert

 © Fraunhofer IWMSimulation der Entstehung einer kolumnaren Mikrostruktur im Laser-Schmelzbad

© Fraunhofer IWM
Simulation der Entstehung einer kolumnaren Mikrostruktur im Laser-Schmelzbad

Die additive Herstellung von Werkzeugen mit pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen »Laser Powder Bed Fusion« bietet zahlreiche Vorteile, sie ist wirtschaftlich, präzise und ermöglicht individuelle Lösungen. Doch ist es mitunter schwierig, die optimalen Prozessparameter, wie die Geschwindigkeit oder die Leistung des Lasers, zu bestimmen. Fraunhofer-Forschende simulieren erstmalig den Prozess auf der Mikrostrukturskala, um direkte Zusammenhänge zwischen Werkstückeigenschaften und gewählten Prozessparametern erkennen. Dafür kombinieren sie verschiedene Simulationsmethoden miteinander. Weiterlesen

Neue Anlage produziert Kohlenstoff aus Luft

Der neue NECOC-Anlagenverbund am KIT produziert den Hightech-Rohstoff Kohlenstoff aus dem klimaschädlichen CO2 der Umgebungsluft. (Foto: Markus Breig)

Der neue NECOC-Anlagenverbund am KIT produziert den Hightech-Rohstoff Kohlenstoff aus dem klimaschädlichen CO2 der Umgebungsluft. (Foto: Markus Breig)

Das Treibhausgas CO2 aus der Atmosphäre entnehmen und durch kombinierte Prozesse in einen stabilen Kohlenstoff umwandeln – das leistet seit diesem Monat ein neuer Anlagenverbund am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) im Versuchsmaßstab. Das im Forschungsprojekt NECOC gemeinsam mit Industriepartnern entwickelte Verfahren vereint negative Emissionen mit der Produktion eines Hightech-Rohstoffs. Nun soll es energetisch optimiert und skaliert werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert mit 1,5 Millionen Euro. Weiterlesen

Weiterer Produktionsstandort für mehr Liefersicherheit

Sateco Gruppe bald auch auf den Philippinen

Spatenstich für den neuen Produktionsstandort in Angeles City auf den Philippinen. (Urheber: Sateco)

Spatenstich für den neuen Produktionsstandort in Angeles City auf den Philippinen. (Urheber: Sateco)

Qualität muss nicht nur sichtbar, sondern auch spür- und hörbar sein. Das gilt besonders für Bedienelemente und Schalter, deren Bediengefühl, Klang oder taktiles Feedback. Die hochpräzisen Silikonschaltmatten und Silikonsensoren von Sateco, einem weltweit führenden Hersteller, sorgen hier für den entscheidenden Qualitätsunterschied in vielen Produkten unterschiedlichster Branchen von der Automobilindustrie über die Gebäudeautomation, die Industrie samt Schwerverkehr bis hin zur Gebrauchsgüterindustrie. Sie sind das funktionale Kernelement, das die Mechanik mit der Elektronik verbindet. Weiterlesen

Nachhaltiger werden mit Hilfe der Chemiedistribution

In Punkto Nachhaltigkeit hat die chemische Industrie in der Bevölkerung einen eher umstrittenen Ruf. Umweltverschmutzung, Chemieunfälle und Giftmüll sind Schlagwörter, die für viele Menschen das Image dieser Industrie prägen, jedoch kein akkurates Abbild der komplexen Wirklichkeit darstellen. Deutlich wird die Vielfalt und Größe der chemischen Industrie an den ganz unterschiedlich ausgeprägten Abhängigkeiten nahezu jeden Wirtschaftszweigs von chemischen Produkten. Damit einher geht, dass die chemische Industrie auch das Thema Nachhaltigkeit maßgeblich für die Industrie mit beeinflusst. Die Chemiedistribution als Bindeglied zwischen Lieferanten und Kunden kann hier wertvolle Akzente für beide Seiten setzen und zudem als Treiber für eine nachhaltigere Industrie fungieren.

BCD Chemie hat eine Nachhaltigkeitsstrategie entwickelt, die darauf basiert, über Rohstoffe den größten Einfluss auf dieses Thema zu nehmen. Weiterlesen

Messeverbund Intec, Z und GrindTec 2023: Die Plattform für Technik und Innovation

Intec 2019 – Leipziger Messe

Im Rahmen des Messeverbundes Intec, Z und GrindTec vom 7. bis 10. März 2023 auf der Leipziger Messe präsentieren die Aussteller ihre Neuheiten aus der Fertigungstechnik in der Metallbearbeitung, Zulieferindustrie und Werkzeugbranche.

Innovative Produkte sowie aktuelle Entwicklungen aus der Fertigungstechnik für die Metallbearbeitung, der Automatisierungstechnik für vor- und nachgelagerte Prozesse in der Produktion, aber auch Technik und Ausrüstungen für Werkstatt sowie Betrieb stehen im Fokus der Intec. Eingebettet in ein Umfeld, das durch die verarbeitende Industrie, den Maschinen- und Anlagenbau, die Automobilindustrie und namhafte Forschungseinrichtungen geprägt wird, ist die Messe eine effiziente, praxisorientierte Plattform sowohl für global agierende Branchenführer als auch für lösungsorientierte KMUs aus ganz Deutschland und Europa. Unter anderem haben sich trotz kürzerer Vorbereitungszeit bereits BIMATEC SORALUCE, CERATIZIT, EMAG, EMUGE, FANUC, GROB-WERKE, Gühring, HEDELIUS, Hermle, Igus, INDEX-Werke, MAPAL, NILES-SIMMONS, OKUMA, Paul Horn, Profiroll Technologies, SEW, SCHUNK, TRUMPF und ZOLLER für die bevorstehende Intec angemeldet. Weiterlesen