Der pulverbett-basierte Metall-3D-Druck ist in der Lage, leichte und extrem feste Komponenten hervorzubringen. Er ist jedoch nicht in jedem Fall wettbewerbsfähig gegenüber der konventionellen Fertigung. Das EU-geförderte Projekt InShaPe, an dem auch der deutschen Metall-3D-Drucker-Hersteller EOS beteiligt ist, soll das ändern. Wir stellen die Ziele von InShaPe einmal genauer vor.

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In einer Pressemitteilung, die das 3D-grenzenlos Magazin erreicht hat, berichtet das 3D-Druck-Unternehmen EOS über das Forschungs- und Innovationsprojekt InShaPe.

In der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrt oder im Energiesektor steigt die Nachfrage nach metallischen Spezialbauteilen. Diese sollen leicht und sehr fest sein. Gasturbinen benötigen zum Beispiel äußerst stabile und leichte Hitzeschilder und können mittlerweile auch mit pulverbett-basiertem Metall-3D-Druck (Powder Bed Fusion Laser Beam, PBF-LB/M) entstehen. Je nachdem, welches 3D-Druckverfahren eingesetzt wird, ist der 3D-Druck nicht in jedem Fall wettbewerbsfähig gegenüber der konventionellen Fertigung in puncto Stückkosten.

Das Projekt InShaPe wird von der EU mit 6,8 Millionen Euro gefördert und soll einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Technologie leisten. Die Professur für Laser-based Additive Manufacturing an der Technische Universität München (TUM) koordiniert das Projekt, an dem zehn Partner aus sieben Ländern zusammenarbeiten.

Wie funktioniert der pulverbett-basierte 3D-Druck?

Beim pulverbett-basierten 3D-Druck wird eine äußerst dünne Schicht Metallpulver auf eine Bauplattform aufgetragen und mit einem fokussierten Laserstrahl aufgeschmolzen. Das Ganze verbindet sich beim Erstarren mit der darunterliegenden Materialschicht und wird so lange wiederholt, bis das Bauteil fertig ist. Anwender sind damit in der Lage, komplexe und leichte Geometrien zu realisieren. Abschließend wird das Bauteil nur noch vom überschüssigen Pulver befreit und je nach Anwendung nachbearbeitet.

Die Forscher, die am InShaPe-Projekt teilnehmen, möchten den Metall-3D-Druck mit einem optischen Hochleistungsmodul mit programmierbarer Intensitätsverteilung und KI-Techniken zur Bestimmung der optimalen Strahlform für das Zielobjekt weiterentwickeln. Ein innovatives Prozessüberwachungs- und -Steuerungssystem, das InShaPe entwickelt, dient der Qualitätsanalyse und integriert die gleichzeitige Beobachtung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen (multispektrale Bildgebung) in den Bereich der additiven Fertigung.

3D-gedruckte Komponenten, mit PBF hergestellt
Das Projekt InShaPe soll die metallbasierte additive Fertigung voranbringen (im Bild: Komponenten, hergestellt durch PBF)(Bild © Stefan Woidig/TUM).

InShaPe-Koordinatorin Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy von der School of Engineering and Design der Technischen Universität München, sagte:

„Die Kombination dieser beiden neuen Technologien ermöglicht effiziente und fortgeschrittene Belichtungsstrategien, sodass selbst anspruchsvollste Fertigung komplexer Spezialbauteile auf Anhieb funktioniert.“

Ziel: ein energie- und materialeffizienter Fertigungsprozess

Ziel des Konsortiums ist es, diese Form der additiven Fertigung zu einer kommerziell breiten Fertigungstechnologie weiter zu entwickeln. Sie soll herkömmliche Herstellungsverfahren wie Druckguss in puncto Präzision und Nachhaltigkeit zukünftig übertreffen. Durch die angepasste Laserstrahlform und die neuen Belichtungsmöglichkeiten wird das Ganze zu einem energie- und materialeffizienten Fertigungsprozess. Das Projekt soll die Wettbewerbsfähigkeiten der additiven Fertigung bei den Stückkosten, der Flexibilität und dem Fertigungsvolumen unter Beweis stellen. Durch die KI-gestützte Steuerung und Bedienung könnten außerdem auch nicht-hoch-qualifizierte Arbeitskräfte das Verfahren anwenden.

Im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik sollen folgende Vorteile erreicht werden:

  • eine siebenmal höhere Fertigungsrate
  • über 50 Prozent niedrigere Kosten
  • 60 Prozent weniger Energieverbrauch
  • 30 Prozent weniger Ausschuss

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