Generative Fertigungsverfahren

Industrieller 3D-Druck – vom Rapid Prototyping zum Additive Manufacturing

Die Kernkompetenzen des Instituts in der Werkzeugmaschinenentwicklung, der Umform- und Zerspanungstechnik, der Mechatronik, dem Funktionsleichtbau sowie der Systemtechnologie werden durch den Einsatz generativer Fertigungsverfahren ergänzt und unterstützt. Die Fertigung metallischer Komponenten mithilfe des Laserstrahlschmelzverfahrens ermöglicht es dem Fraunhofer IWU und seinen Industriepartnern, neue Wege in der Entwicklung und Fertigung innovativer Bauteile aufzuzeigen. Darüber hinaus können mit der additiven Fertigung von reinen Kunststoffteilen komplexeste Formen für den Leichtbau erzeugt werden. Durch die Integration von zusätzlichen Endlosfasern können am Fraunhofer IWU darüber hinaus extrem leichte und gleichzeitig mechanisch hochbelastbare Bauteile hergestellt werden.

Laserstrahlschmelzen

Fertigung jenseits der Grenzen heutiger Verfahren

Das Laserstrahlschmelzen gehört zur Gruppe der generativen Fertigungsverfahren. Die Bauteile werden direkt auf Basis von 3D-CAD-Daten aus pulverförmigen Serienwerkstoffen wie z. B. Edel- oder Warmarbeitsstahl, Aluminium, Titan, Kobalt-Chrom oder Nickel-Basis-Legierungen schichtweise aufgebaut (»generiert«). Das Material wird hierbei durch einen Laser lokal vollständig aufgeschmolzen und erhält nach Erstarrung ein 99,5 bis 100 Prozent dichtes Gefüge. Aufgrund des schichtweisen Aufbaus (»Generierung«) der Bauteile bietet dieses Verfahren eine nahezu unbegrenzte gestalterische und konstruktive Freiheit und ermöglicht dadurch die Fertigung beliebig komplexer Geometrien und innerer Strukturen.

Additive Fertigung von Kunststoffbauteilen

Innovative Verfahren für die Kunststoffverarbeitung

Das »Fraunhofer-Kunststoffzentrum Oberlausitz« am Standort in Zittau bietet kunststoffbasiertes Rapid Manufacturing vom ersten Entwurf über Funktionsprototypen bis zum verwendungsfähigen Produkt. Schwerpunktthemen sind das Redesign von Produkten zur optimalen Nutzung der Rapid-Prototyping-Ressourcen, die bauprozessabhängige Kennwertermittlung, das Rapid Tooling sowie die Funktionsintegration und der Leichtbau. Am Fraunhofer IWU werden Konzeptmodelle und Funktionsprototypen im Lasersinter- und FDM-Verfahren derzeit aus den Kunststoffen ABS, PC, PA und PEI hergestellt, wobei eine Erweiterung der Materialpalette möglich ist.

Faser-Kunststoff-Verbunde

Drucken von Faser-Kunststoff-Verbunden

Mit dem neuartigen 3D-Druck von Kunststoffen und der Implementierung von Endlosfasern besteht am Fraunhofer IWU in Chemnitz die Möglichkeit, höher beanspruchbare Hybridbauteile herzustellen, die dennoch über die gewohnte gestalterische Freiheit des Kunststoffdrucks verfügen. In diesem Zusammenhang können in eine Polyamid (PA)-Matrix verschiedene Fasertypen (Glas, Kohlenstoff, Aramid) vollautomatisiert schichtweise eingebettet werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit zur Integration von alternativen Materialien bzw. Sensoren, die in das Innere der zu druckenden Struktur integriert werden können.