In der additiven Fertigung dient häufig metallisches Pulver als Ausgangswerkstoff. Bei diesen Pulverbasierten Prozessen werden kleine Mengen Metallpulver selektiv aufgeschmolzen und bilden somit Bahn für Bahn das zu erzeugende Bauteil. Aufgrund dessen sind die Eigenschaften des Pulvers von entscheidender Bedeutung. Bisher findet eine Qualifizierung Stichprobenartig mit aufwendiger Labortechnik statt. In dem Projekt wurde eine Vorrichtung und ein Verfahren entwickelt welche die Qualifizierung und Klassifizierung metallischer Pulver mithilfe eines KI-unterstützten optischen Systems in einem begrenzten Raum ermöglicht. Basierend darauf wird nun die Vorrichtung weiterentwickelt und die zugrundeliegende Datenbank ausgebaut. Ziel dieses Projektes ist es die Vorrichtung und das Verfahren bis hin zu einer Prozessintegration in einer AM Maschine zu entwickeln.
Im Umfang des Projekts AdProcAdd I wird die additiv-subtraktive Fertigungsketten (ASM) untersucht. Ziel ist es ein detailliertes Verständnis der Abhängigkeiten und Wechselwirkungen von Material- und Bauteileigenschaften additiv gefertigter und überarbeiteter Werkstücke in Bezug auf die Prozessparameter, Fertigungsstrategien und Randbedingungen zu erhalten. Visionärer Bestandteil ist dabei, die Werkstückeigenschaften hinsichtlich Geometrie, Oberfläche und Untergrund über die ASM-Prozessketten hinweg so anzupassen, dass vordefinierte Anforderungen erfüllt werden können. Dies ermöglicht die gezielte Gestaltung und Implementierung von additiv-subtraktiven Produktionsketten in verschiedenen industriellen Anwendungen. Dazu wurde ein internationales Netzwerk von Forschungsverbänden und -instituten aufgebaut, in dem die notwendigen Kompetenzen in den Bereichen additive Fertigung, Zerspanungsprozesse, Prozessüberwachung und -steuerung, Maschinen und Anlagen, Simulation und Optimierung sowie Energieeffizienzanalyse gebündelt werden.
Umfangreiche experimentelle Untersuchungen zu Zusammenhängen zwischen Parametereinstellungen und Einflüssen auf die Werkstückeigenschaften in additiven und subtraktiven Prozessschritten, Korrelationsanalysen, die detaillierte Untersuchung physikalischer Effekte sowie Methoden zur Prozessüberwachung und Qualitätsprüfung sind in einem vernetzten Forschungsansatz umgesetzt, der Synergien und Kapazitäten der beteiligten Partner optimal nutzt.
Aus den Erkenntnissen dieses Projekts werden neue Werkzeugkonzepte, Strategien für den 3D-Druck von Metallteilen, Methoden für die anspruchsvolle Gestaltung von Nachbearbeitungsprozessen, Systemprototypen zur Überwachung von Geräten und Vorrichtungen sowie neue Dienstleistungen abgeleitet. Darüber hinaus ermöglicht das generierte Wissen Teilehersteller sowie System- und Dienstleistungsanbieter die Entwicklung neuer Produkte mit erweiterter Funktionalität. Zugleich ermöglicht es Endanwendern, ASM-Prozessketten mit höherer Produktivität und ökonomischer sowie ökologischer Effizienz zu realisieren.
Die Projektergebnisse werden zu einem digitalen Kompendium führen, das auf einem neuen Leistungsmesssystem basiert und für Konstruktions- und Produktionsingenieure sowie Servicemitarbeiter nutzbar ist. Begleitet wird das Projekt von einem Anwenderkomitee aus allen relevanten Marktsegmenten: Werkzeugbau, 3D-Druckanlagen, Werkzeugmaschinenbauer, Software- und Dienstleistungsanbieter sowie Endverbraucher. Die intensive Kommunikation mit den Industriepartnern gewährleistet die Erarbeitung von industriell relevanten und nutzbaren Ergebnissen.
Thema: Funktionalisierung von generativ gefertigten Bauteilen II
Projekttitel: Advanced Processing of Additively Manufactured Parts II
Projektstart: 01.01.2022
Projektende: 30.09.2024
Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) – CORNET
Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. (FKM)
Förderkennzeichen: IGF 326 EBG
Weitere Informationen und Verfügbarkeit des Schlussberichts: info@fkm-net.de
Projektbeschreibung:
Aufgrund des zunehmenden Interesses an additiven Fertigungsverfahren für Metallkomponenten bestehen zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsbedarfe im Hinblick auf die Prozesskette der additiv-subtraktiven Fertigung (ASM). Wie in allen technologischen Bereichen steigen mit dem wachsenden Interesse an diesen Verfahren auch die Anforderungen an die Qualität. Für die additive Fertigung bedeutet dies erhöhte Anforderungen an die Oberflächenqualität sowie an Maß-, Form- und Lagetoleranzen. Darüber hinaus müssen die additive Fertigung und die gesamte ASM-Prozesskette wirtschaftlich konkurrenzfähig sein.
Das Projekt AdProcAdd II begegnet diesen Herausforderungen, indem es die ASM-Prozesskette von Anfang bis Ende untersucht. Der additive Prozess wird dabei optimiert, um nachfolgende subtraktive Prozessschritte hinsichtlich wirtschaftlicher Faktoren wie minimaler Aufmaße, reduzierter Prozesskräfte und optimierter Stützstrukturen zu verbessern. Die Feinabstimmung der AM-Prozessparameter wurde quantifiziert, um Optimierungspotenziale für die Oberflächenintegrität aufzuzeigen und eine bessere Kontrolle zu ermöglichen. Zudem wurden verschiedene Wechselwirkungen zwischen den ASM-Prozessschritten untersucht, um eine hybride und flexible Kombination unterschiedlicher additiver Fertigungsverfahren (DED und PBF-LB/M) mit vorbearbeiteten Werkstücken zu ermöglichen.
Ein ganzheitlicher Blick auf die ASM-Kette wird durch numerische Simulationen der additiven und subtraktiven Prozesse sowie durch die Datenverarbeitung geschaffen, sodass vorgegebene Werkstückeigenschaften direkt mit minimalen Unsicherheiten erreicht werden können. Zusätzlich wird zur Erschließung weitergehender Optimierungspotenziale – wie verbesserte Werkzeugbahnstrategien (CAD-CAM-Optimierung) und erweiterte Automatisierungsmöglichkeiten – ein Prototyp einer Wissensdatenbank für die ASM-Prozesskette entwickelt. Diese kombiniert Multi-Sensor-Daten aus verschiedenen Prozessschritten.
Das Projekt AdProcAdd II hat einen erheblichen Einfluss auf Industrien wie den Werkzeugbau, den Maschinenbau und die Fertigungstechnik in den teilnehmenden Ländern, die eine bedeutende Relevanz besitzen. Das Projekt liefert grundlegende Erkenntnisse, ein detailliertes Verständnis und die technologische Basis für eine wissensbasierte und effiziente Implementierung innovativer additiver Fertigungstechniken in verschiedenen Anwendungen. Die jeweiligen Industrien können auf Basis der Projektergebnisse neue und verbesserte Produkte entwickeln, um die Verbreitung und das Wachstum der additiven Fertigung zu beschleunigen.
Das internationale Projektkonsortium besteht aus sieben Forschungseinrichtungen aus den Ländern Deutschland, Österreich und Belgien: IfW - Universität Stuttgart (DE), GFE Schmalkalden (DE), dem ISF - TU Dortmund (DE), IFT - TU Wien (AU), Fotec (AU), KU Leuven (BE) und Thomas More (BE).
Projektschwerpunkt des Instituts für Werkzeugmaschinen (IfW) ist der Einsatz des Bearbeitungsverfahrens Fräsen an mit dem PBF-LB/M-Verfahren hergestellten Bauteilen. Betrachtet werden prozessabhängig notwendige Aufmaße, prozessbedingte Eigenspannungen, an die Zerspanung angepasste Stützstrukturen, Beeinflussung der Oberflächenintegrität im PBF-LB/M-Prozess sowie durch das Fräsen. Zudem wird eine Datenbank zur Optimierung von Prozessparametern im PBF-LB/M-Verfahren entwickelt.
Die Erkenntnisse, Ergebnisse, Prototypen und experimentellen Resultate werden der internationalen Öffentlichkeit durch Workshops, praxisnahe Seminare, Publikationen, Websites und Messeausstellungen präsentiert. Das Projekt wurde von einem Anwenderkomitee aus KMU aller relevanten Marktsektoren begleitet, darunter Werkzeughersteller, Hersteller von additiven Fertigungsanlagen, Werkzeugmaschinenhersteller, Software- und Dienstleistungsanbieter sowie Endanwender. Die intensive Kommunikation mit den Industriepartnern gewährleistet die Erarbeitung industriell relevanter und nutzbarer Ergebnisse.
Das IGF-Vorhaben 326 EBG wird gefördert durch das Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. (FKM) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) CORNET aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Die technische Leitung hat das Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart inne.
