Nachbearbeitung beim additiven Fertigungsverfahren Laserstrahlschmelzen – Herausforderungen und Optimierungspotential

Abbildung 1: Prinzipaufbau einer Maschine des Laserstrahlschmelzens

Abbildung 1: Prinzipaufbau einer Maschine des
Laserstrahlschmelzens

Chancen und Herausforderungen der additiven Fertigung

Additive Fertigungsverfahren gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Be­deutung. Als Gründe hierfür sind die wirtschaftliche und flexible Produktion kleiner Losgrößen, der Wegfall des Bedarfs an Bearbeitungswerkzeugen sowie die Realisierbarkeit von komplexen und bionischen Geometrien zu nennen. Zahlreiche Unternehmen setzen den schichtweisen Bauteilaufbau bereits zur Fertigung von Prototypen oder zur Fertigung von komplexen Funktionsbauteilen in Kleinserie ein. Dadurch werden Produktionskosten gesenkt, der Produktentstehungsprozess beschleunigt und neue Geschäftsfelder erschlossen. Die Anwendung additiver Fertigungsverfahren ist auch mit Herausforderungen verbunden. So erschwert insbesondere die prozessbedingt hohe Oberflächenrauigkeit metallbasierter additiver Fertigungsverfahren deren breite industrielle Anwendung. Die mit der notwendigen Bauteilnachbearbeitung einhergehenden Kosten können sich aufgrund der häufig sehr zeitaufwendigen und manuellen Tätigkeiten auf bis zu einem Drittel der bauteilbezogenen Gesamtkosten belaufen. Daher müssen die verfahrensspezifischen Gestaltungsprinzipien bei der Bauteilkonstruktion berücksichtigt werden und geeignete Nachbearbeitungsverfahren anwendungsspezifisch ausgewählt werden, um eine hohe Bauteilqualität und Produktivität der Nachbearbeitung zu erzielen. Weiterlesen

Neuartiges Konzept von Hartmetallwerkzeugen zur Feinbearbeitung

Abbildung 1. Mikrostrukturen von Hartmetall (links) und CBN-Verbundstoff (rechts) dargestellt, wobei die unterschiedlichen Maßstäbe zu beachten sind.

Abbildung 1. Mikrostrukturen von Hartmetall (links) und CBN-Verbundstoff (rechts) dargestellt, wobei
die unterschiedlichen Maßstäbe zu beachten sind.

Hintergrund

Bei der abrasiven Bearbeitung von Metallen können auf Werkstückoberflächen Qualitätsabweichungen aufgrund von Beschädigungen am Werkzeug auftreten. Manchmal sind Kratzer auf den Werkstücken infolge des Ausbrechens der harten abrasiven Körner zu beobachten. Das unerwartete Abbrechen der Körner resultiert ansatzweise aus geometrischen Unregelmäßigkeiten oder der inhomogenen Verteilung der abrasiven Körner in der Matrix infolge des Herstellungsprozesses. Es wird bereits daran gearbeitet, eine bessere Homogenität der abrasiven Körner zu erreichen, jedoch zielen bisherige Maßnahmen meistens auf die Verbesserung des Herstellungsprozesses. Es ist bisher noch eine praktische Herausforderung, Qualitätsabweichungen zu kontrollieren bzw. zu reduzieren. Es wird ein neuartiges Konzept von Hartmetallwerkzeugen mit definierten geometrischen Merkmalen und homogenen Verteilungen der Schneidkanten für die Feinbearbeitung vorgeschlagen. Die Oberfläche der Hartmetallwerkzeuge, deren Topographie die der konventionellen abrasiven Werkzeuge reproduziert, entsteht durch Lasertechnik präzise im Mikrobereich. In der Folge könnten Herstellkosten im Vergleich zu konventionellen abrasiven Werkzeugen, z.B. aus Diamanten oder CBN, reduziert werden. Weiterlesen

Inspektionsmethoden für die wiederkehrende Prüfung hochelastischer Dickschicht- und Strukturklebungen in Schiffbauanwendungen –Teil 1 (Schadensidentifikation und Herstellung von Proben mit definierten Schäden)

Abbildung 1: Scheibenklebungen im Kreuzfahrtschiffbau

Abbildung 1: Scheibenklebungen im Kreuzfahrtschiffbau

Einleitung

Die Klebtechnik rückt als innovatives Fügeverfahren des 21. Jahrhunderts im Schiffbau zunehmend in den Vordergrund. Seinen Anwendern offeriert sie vielversprechende Vorteile, u.a. die Möglichkeiten, verschiedene Werkstoffe miteinander zu verbinden und Zusatzfunktionen wie Abdichtung, Isolation, Schwingungs- und Geräuschdämpfung elegant durch die Auswahl geeigneter Klebstoffe zu integrieren. Doch warum bleibt der Fügetechnik der große Durchbruch im Schiffbau aktuell noch verwehrt? Weiterlesen

Maßgeschneidert (teil-)automatisieren mit Robotern

Dieser vom IPA und Partnern entwickelte Roboter für Poliervorgänge nutzt frei verfügbare ROS-Softwarekomponenten. (Quelle: Fraunhofer IPA)

Dieser vom IPA und Partnern entwickelte Roboter für Poliervorgänge nutzt frei verfügbare
ROS-Softwarekomponenten. (Quelle: Fraunhofer IPA)

In der Robotik tut sich aktuell viel und es lohnt sich, auch abseits der Massenfertigung Automatisierungspotenziale systematisch zu erschließen. Zum Beispiel die Mensch-Roboter-Kooperation ermöglicht flexible, skalierbare Anwendungen, bedarf aber hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Sicherheit guter Planung.

Mehrere große Industrieroboter schweißen gleichzeitig eine Autokarosserie in Fertigungszellen, die durch Zäune gesichert sind. Funken sprühen. Weit und breit ist kaum ein Werker zu sehen. Dies ist wohl das erste Bild, das vielen in den Sinn kommt, wenn sie das Stichwort „Industrieroboter“ hören. Eine solche Produktion mit einem Automatisierungsgrad von nahezu 100 Prozent ist zwar kosten- und zeitaufwendig in der Einrichtung, aber auch hocheffizient und ertragreich, wenn es darum geht, ein gleichbleibendes Produkt über einen langen Zeitraum herzustellen. Weiterlesen

Herstellung von Graphen basierten Polyamid 6-Kompositen mittels reaktiver Extrusion

Graphen überzeugt durch außergewöhnliche mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften und kann als funktioneller Füllstoff in Kunststoffen eingesetzt werden. Allerdings kann derweilen keine ausreichende Dispergierung des Graphens im industriellen Maßstab erreicht werden, wodurch die Nutzung dieser Eigenschaften in technischen Anwendungen behindert wird. Um die Dispergierung des Graphens zu verbessern, kommt im Rahmen der hier vorgestellten Untersuchungen die reaktive Extrusion zum Einsatz. Die Graphenpartikel werden mittels einer hochenergetischen Ultraschallbehandlung zunächst im Monomer dispergiert, wodurch die Zugfestigkeit des Materialverbundes gesteigert wird.

Bild 1: Einfluss des Nanofüllstoffanteils auf den E-Modul und die Zugfestigkeit im Vergleich zum ungefüllten PP [10]

Bild 1: Einfluss des Nanofüllstoffanteils auf den E-Modul und die Zugfestigkeit im Vergleich zum ungefüllten PP [10]

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Pulverbasierte Additive Fertigungsverfahren mit Kunststoffen

Abbildung 1: Vergleich der pulverbasierten additiven Fertigungsverfahren SLS und InkJet

Abbildung 1: Vergleich der pulverbasierten additiven Fertigungsverfahren SLS und InkJet

Mit additiven Fertigungsverfahren lassen sich aus virtuellen Modellen hochkomplexe, auf konventionellem Wege nicht herstellbare Bauteile werkzeuglos fertigen. Neben dem hohen Maß an Design- und Gestaltungsfreiheit ermöglichen diese Verfahren insbesondere die Realisierung individualisierter Produkte. Da einerseits die Verarbeitung anwendungsrelevanter technischer Kunststoffe möglich ist, andererseits die Prozessstabilität und die Reproduzierbarkeit der Bauteileigenschaften sich stetig verbessert und die Outputraten steigen, entwickelt sich die Additive Fertigung derzeit rasant von Rapid Prototyping hin zu Rapid Manufacturing Technologien. Maßgeblich beteiligt an diesem Wandel sind pulverbasierte additive Fertigungsverfahren. Merkmal dieser Verfahren ist der schichtweise Aufbau des Bauteils in einem Pulverbett. Die Bauteilherstellung erfolgt durch Auftragen einer dünnen Kunststoffpulverschicht auf ein Pulverbett und das anschließende lokale Verschmelzen der Pulverpartikel unter Wärmeeinwirkung. Schicht für Schicht werden so dreidimensionale Bauteile erzeugt. Das Pulverbett dient dabei gleichzeitig als Stützmaterial. Sind alle Schichten erstellt, wird das Pulverbett mit den Bauteilen abgekühlt, das lose Pulver abgetrennt und anteilig wiederverwendet. Weiterlesen

Optimierung der Materialausnutzung bei additiver Fertigung und Topologieoptimierung

Abbildung 1: : Bauraum und Designvorschlag

Abbildung 1: : Bauraum und Designvorschlag

Additive Fertigung und Topologieoptimierung versprechen eine nachhaltige und ressourcenschonende Realisierung und Fertigung hochkomplexer Bauteile, um dies zu erreichen müssen jedoch konstruktive, als auch verfahrenstechnische Aspekte beachtet werden. Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit dem Einfluss der Supportstrukturen auf Materialeffizienz und Dauer des Fertigungsprozesses. Weiterlesen

Bio-basierte Additive für nachhaltige Kunststoffe

Dr. Diana Freudendahl, Dr. Ramona Langner, Dr. Heike Brandt

Maßgeschneiderte Kunststoffe sind heute extrem vielseitig einsetzbar, ihre Anwendungen reichen von Lebensmittelverpackungen, über dünne feuerfeste Dämmplatten und körperresorbierbare Nahtmaterialien bis hin zu Motorenaufhängungen im Automobil. Um diese Bandbreite an Anwendungen zu erreichen, werden Kunststoffe mit sehr unterschiedlichen, aber auch sehr spezifischen Eigenschaften benötigt. Ermöglicht wird diese Einstellung von Eigenschaften durch das Beimischen von Additiven und Füllstoffen. So werden beispielsweise Farbpigmente zum Einfärben genutzt; zur Erhöhung der Bruchfestigkeit können Glas- oder Carbonfasern sowie Nanomaterialien beigemischt werden, während Öle und Wachse die Fließeigenschaften während der Verarbeitung verbessern. Im Laufe der letzten Jahrzehnte kam es seitens der Verbraucher zu einem deutlich gesteigerten Interesse an Biopolymeren, weshalb zunehmend auch natürliche und biologisch abbaubare Zuschlagstoffe in den Fokus geraten. Auch die Umweltfreundlichkeit der jeweiligen Herstellungsmethoden für Additive, sowie des gesamten Herstellungsprozesses sind zu entscheidenden Aspekten geworden. Weiterlesen

Anti-Fogging- und Anti-Icing- Beschichtungen auf Polymerbasis

Dr. Heike Brandt, Dr. Diana Freudendahl, Dr. Ramona Langner

Im alltäglichen Leben ist Wasser fast allgegenwärtig, daher stehen viele Oberflächen gelegentlich oder permanent damit in Kontakt. Wechselt die wässrige Phase z. B. durch Temperaturänderung ihren Aggregatzustand, kann dies einerseits zu kleinen Unannehmlichkeiten, wie einem beschlagenen Badezimmerspiegel, führen. Andererseits sind aber auch deutlich signifikantere Einschränkungen zu befürchten, wie kritische vereiste mechanische Komponenten. Weiterlesen

Klimagas CO2 als wertvoller Rohstoff

Abbildung 1: Franziska Strube, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Umweltgerechte Produktionstechnik, begutachtet die Pilotanlage zur adsorptiven CO2-Rückgewinnung.

Abbildung 1: Franziska Strube, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Umweltgerechte
Produktionstechnik, begutachtet die Pilotanlage zur adsorptiven CO2-Rückgewinnung.

CO2 ist das Gas, das unser Klima in Wallung bringt. Ohne CO2 jedoch wäre unsere Welt ein kalter Ort, nicht schön um hier zu leben. Aber: CO2 könnte sich auch zum Rohstoff für industrielle Produktionsprozesse entwickeln.

Die Zukunft hängt davon ab, was wir heute tun – Mahatma Gandhi

Der Begriff »Green New Deal« bezeichnet Konzepte, mit denen eine ökologische Wende der Industriegesellschaft eingeleitet werden soll. Mit Investitionen in grüne Technologien und nachhaltigen Lösungen wurde von der EU-Kommission ein Maßnahmenkatalog angestoßen, der neue Chancen für Unternehmen eröffnet und zu Europas neuer Wachstumsstrategie werden soll. Ein umfassendes Gesetzgebungsprogramm zu Energieversorgung, Industrieproduktion, Verkehr und Landwirtschaft soll Europa binnen 30 Jahren klimafreundlich gestalten. [2] Weiterlesen