Referenzprojekte zum Thema Generative Fertigung

Wir beschäftigen uns mit der Erweiterung des 3D-Drucks unter dem Ziel, verschiedenste End-Use-Produkte innerhalb einer Maschine zu fertigen. In unserer Versuchsanlage können unterschiedliche Materialien bedruckt werden, bspw. Polymerbauteile, Folien, Textilien und Furniere. Durch das Wechselsystem des Prototyps können im Druckprozess vier verschiedene Werkzeugköpfe (z. B. Strukturdruckköpfe, Pick-and-Place-Köpfe, Drahtintegrationsköpfe) eingesetzt werden.

Im Rahmen des Forschungsclusters »Programmierbare Materialien« ist es durch die Weiterentwicklung des Laserstrahlschmelzens gelungen, programmierbare, funktionale Bauteile aus Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen (NiTi-FGL) additiv zu fertigen. So entstanden superelastische Gitterstrukturen, deren Steifigkeit sich gezielt festlegen lässt. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Energiedichte aus.

Die nächste Generation moderner Industrie-Greifer denkt mit und wird passgenau nach Kundenwünschen hergestellt. Das gelingt durch die Integration von Sensoren zur Druck- oder Temperaturmessung schon während der Fertigung der Greifer durch selektives Laserstrahlschmelzen. Mithilfe eines kleinen Roboters werden Sensoren punktgenau und hochstabil dort eingesetzt, wo sie später messen sollen (In-situ-Integration).

Damit Verwechslungen vermieden und eine lückenlose Nachverfolgung der Bauteile über den gesamten Produktlebenszyklus sichergestellt werden kann, werden Produkte eindeutig gekennzeichnet. In der Medizintechnik ist eine eindeutige Markierung der Produkte sogar gesetzlich vorgeschrieben. Wir haben eine Methode zur Bauteilidentifikation entwickelt, bei der während der additiven Fertigung auslesbare Codes direkt in den Werkstoff integriert werden.

Der 3D-Druck eröffnet völlig neue Produkt und Fertigungsansätze. Viele 3D-Druckverfahren sind jedoch zu teuer und zu langsam für die Industrie. Hier kommt es darauf an, große Stückzahlen in kurzer Zeit zu wettbewerbsfähigen Kosten zu produzieren. Unser eigens entwickeltes SEAM-Verfahren ist im Vergleich zum herkömmlichen 3D-Druck nicht nur acht Mal schneller, sondern ermöglicht zudem die Verwendung preisgünstigen Standard-Kunststoffgranulats.

Rapid Prototyping wird vor allem mit dem 3D-Druck in Verbindung gebracht. Eine weitere Möglichkeit speziell für die Blechumformung ist die inkrementelle Blechumformung (IBU), bei der dreidimensionale Blechteile mit komplexen Formen für Prototypen oder Kleinserien hergestellt werden können. Dadurch kann das Tiefziehen, für das hohe Investitionen für teure Formen oder Gesenke benötigt werden, abgelöst werden. Hybride Kombinationen aus IBU und 3D-Druck als neue Fertigungstechnologie oder die Herstellung von hybriden Kunststoff-Blechteilen sind bisher nicht als Werkzeugmaschine oder Dienstleistung auf dem Markt verfügbar. Ziel von MySheet4.0 ist die Entwicklung eines vollständig digitalisierten Rapid Prototypings und einer Fertigung von Blechteilen, indem 3D-Druck-Technologien für die Fertigung des Gegenwerkzeugs mit der inkrementellen Blechumformung (IBU) in einer Werkzeugmaschine kombiniert werden.

Mittels 3D-Druck können erstmals realistische, biomechanisch korrekte Knochenmodelle hergestellt werden. Im Bereich der Implantatprüfungen und -zulassungen werden Entwicklungsprozesse verbessert, da erstmals künstliche Knochenmodelle zur Verfügung stehen, die an spezifische Krankheitsbilder angepasste Materialeigenschaften aufweisen. Auch die Anzahl der in der Forschung und Entwicklung benötigten Humanpräparate und Versuchstiere könnte reduziert werden.

Im Pompey-Projekt wird ein innovativer Multimaterialansatz für die additive Fertigung entwickelt, der auf der Schmelzextrusion von Polymer- und Metallwerkstoffen basiert. Ziel ist die Herstellung von Multimaterialteilen mit verbesserter Leistung, reduziertem Energie- und Materialbedarf sowie geringeren Kosten durch Verwendung eines neu entwickelten hybriden Fertigungssystems.

Am Kunststoffzentrum Oberlausitz arbeiten Experten des Fraunhofer IWU Zittau und der Professur für Funktionsintegrierende Kunststofftechnologien der Hochschule Zittau/Görlitz kontinuierlich daran, Design und Funktionalität durch innovative Fertigungstechnologien zu verbinden. Gemeinsam mit dem schwedischen Forschungsinstitut RISE entstand ein besonderes Projekt: die Entwicklung von fünf Design-Bänken für die Uferlandschaft des Olbersdorfer Sees. Die Bänke symbolisieren den erfolgreichen Einsatz von großformatigem 3D-Druck. Diese Technologie ermöglicht die Entwicklung verschiedener Designmodelle, die auf die Bedürfnisse der Parkbesucher zugeschnitten sind.