Technologievorhaben

IMProVe

IMPRoVE

Gesamtziel:

Überwindung von Verfahrensgrenzen in der additiven Fertigung durch Kombination innovativer Materialien, Anlagen und Prozesse.

Partner:

Laufzeit: 01.05.2017 - 30.04.2020

Ressourceneffiziente und hybride Fertigung durch Überwindung von Verfahrensgrenzen

Die Qualifizierung weiterer Werkstoffe und Prozesse zur Minimierung der einschränkten Werkstoffvielfalt, die Erhöhung der Prozessstabilität sowie die Kombination additiver Verfahren stehen im Mittelpunkt der Entwicklungen. Anhand von exemplarischen Geometriedemonstratoren sind hybride Fertigungsansätze aus Laserauftragsschweißen, Pulverbettverfahren (Elektronenstrahlschmelzen / Electron Beam Melting EBM, Laserstrahlschmelzen / Laser Beam Melting LBM) und konventioneller Bearbeitung zu entwickeln. Hierdurch sollen Fertigungsgrenzen überwunden werden, damit zukünftig Kosten- und Produktivitätsrestriktionen minimiert oder eliminiert sowie die erhebliche Erweiterung des industriell relevanten Anwendungsgebietes von additiven Verfahren vorangetrieben werden können.

Herangehensweise

Das Technologievorhaben IMProVe besteht aus drei miteinander verknüpften Teilvorhaben:

 

 

Werkstoffe und Prozesse

Stähle_Pulverbettverfahren
© Fraunhofer IFAM

Stähle
(Pulverbettverfahren:
EBM, LBM)

Keramik_Binder-Jetting
© Fraunhofer IKTS

Keramik
(Binder-Jetting)
 

Keramik_LCM-Verfahren
© Fraunhofer IKTS

Keramik
(LCM-Verfahren)
 

Fe-Ni-Legierung_Pulverbettverfahren
©Airbus

Fe-Ni-Legierung
(Pulverbettverfahren:
EBM, LBM)

  • rost- und säurebeständig
  • Werkzeugstahl
  • partikelverstärkt
     
  • Al2O3
  • Cordierit
 
     
  • ATZ
  • Si3N4
 
     
  • Super-INVAR

 

Generische Demonstratoren aus Keramik und Metall

Es handelt sich beim Metall-Demonstrator um einen frei verfügbaren Designdemonstrator nach Vorlage des RTC Duisburg (Link zum Download des CAD: https://www.uni-due.de/imperia/md/content/cad/ude-rtc-testspecimen.zip). Die Keramik-Demonstratoren des Fraunhofer IKTS sind auf die jeweiligen Anwendungsbereiche (Poröse Strukturen, Hochleistungskeramik) abgestimmt.

Es soll nachgewiesen werden, dass mit den neuen Werkstoffen ein formkomplexer Aufbau möglich ist. Dabei werden die Demonstratoren sowohl mit Neupulver als auch mit rezykliertem Überschusspulver aufgebaut werden. Im Soll-Ist-Vergleich zwischen CAD und Demonstrator wird quantitativ die Abhängigkeit der geometrischen Möglichkeiten von Technologie und Werkstoff untersucht.

Funktionsdemonstrator (© Airbus)

Es handelt sich um ein reales Bauteil aus dem Bereich Satellitentechnik, das so bereits konventionell und im Pulverbett hergestellt aus INVAR existiert. Es soll nachgewiesen werden, dass auch mit dem neuen Werkstoff Super-INVAR ein solch formkomplexer Aufbau mit Kosteneinsparungspotenzial gegenüber der konventionellen Fertigung möglich ist. Dabei sollen die mechanischen Eigenschaften von INVAR bei verbesserter Funktionalität erhalten bleiben.

 

Prozess- und Anlagentechnik

 

Konventioneller Laserkopf Konventioneller Laserkopf

Koaxialer Direktdiodenlaser (kDDL)

Technologieentwicklung Laserauftragsschweißen

Zur Verbesserung der Qualität und Ressourceneffizienz im Laserauftragsschweißen wird ein Monitoring der Zusatzwerkstoffzufuhr und weiterer Prozesssignale angestrebt, die mit numerischen Vorhersagen korreliert werden. Die Entwicklung von koaxialen Direktdiodenlasern (kDDL) sowohl für die Draht- als auch Pulververarbeitung ermöglicht zudem eine gute Werkstoff- und Energieeffizienz.

Durch Weiterentwicklungen in der Prozesssimulation soll zudem die Vorhersagbarkeit von Verzug und Eigenspannung sowie die Parameterauslegung verbessert werden.

Durch den Einsatz von robotergeführten Konturerkennungssystemen werden geometrische Verfahrensgrenzen bei der Herstellung von Großbauteilen überwunden.

Hybride Fertigung im Projekt

 

 

Demonstratoren

HYBRID 1 - Zerteilwerkzeug

HYBRID 2 - Turbinengehäuse

    

       Anforderungen

  • Höchste Verschleißeigenschaften
  • Hohe Standfestigkeit
  • Verringerung des Nachbearbeitungsaufwands

      Zu überwindende Grenzen

  • Evaluation neuer Werkstoffe (partikelverstärkte Werkstoffe)
  • Verfahrensübergreifende Fertigung (konventionell und additiv)
  • Werkstoffkombinationen
    

 

  • Einhaltung von Qualitätsstandards aus der Luftfahrt
  • Bauteilabmessungen von über einem Meter

 

  • Reproduzierbarkeit
  • Ressourceneffizienz (Werkstoffe und Energie) durch Prozesskopfentwicklung und Prozesssimulationen
  • Verfahrenskombinationen (konventionell und additiv)
  • Herstellung von Großbauteilen Robotertechnik

HYBRID 3 - Gehäuse eines Sicherheitsventils

HYBRID 4 - Spritzgusswerkzeug

 

      Anforderungen

  • Großbauteil (~ 0,5 m) mit hohen Form- und Genauigkeitsanforderungen
  • Integration von Funktionselementen

      Zu überwindende Grenzen

  • Steigerung der Konturgenauigkeit
  • Senkung von Fertigungskosten
  • Kombination verschiedener additiver Verfahren
  • Multimaterialverarbeitung
  • Ressourceneffizienz durch Prozesszeitreduktion und Prozesskopfentwicklung
  • Herstellung von Großbauteilen
    

 

  • Konturnahe Kühlung
  • Zykluszeitreduktion während des Spitzgussprozesses

 

  • Evaluation neuer Werkstoffe (Werkzeugstahl)
  • Werkstoffkombinationen
  • Erweiterung der geometrischen Randbedingungen durch die Kombination verschiedener additiver Verfahren
  • Ressourceneffizienz