Sintern, 3D-Drucken und Fräsen in einer Anlage vereint

3D-Laser-Metalldruck Sintern, 3D-Drucken und Fräsen in einer Anlage vereint

24.07.2020Redakteur: Katharina Juschkat

Die FH Kiel plant eine Fertigungsanlage, die in ihrer Art einzigartig sein soll: Sie vereint 3D-Laser-Metalldruck, ein 5-Achs-Fräs-Bearbeitungszentrum und eine Sinteranlage.

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Eine Anwendung, die mit der Fertigungszelle hergestellt werden soll, ist die hochintegrierte Kühlung eines E-Antriebs.
(Bild: Fachhochschule Kiel)

Die Fachhochschule (FH) Kiel plant eine automatisierte Anlage, die aus einem 3D-Laser-Metalldrucker, einem 5-Achs-Fräs-Bearbeitungszentrum und einer Sinteranlage besteht. Dafür hat die Fachhochschule Investitionsmittel vom Bundesforschungsministeriums in Höhe von rund 2,3 Millionen Euro erhalten.

Was die Fertigungsanlage kann

Die Sinteranlage ermöglicht die Herstellung von Bauteilen für die Leistungselektronik, die u.a. im Bereich der Elektromobilität Verwendung finden. Im 3D-Metalldrucker können Metallbauteile schichtweise (additiv) aufgebaut, im Fräsbearbeitungszentrum mit spanenden Verfahren (z.B. Fräsen oder Bohren) bearbeitet werden.

Die ‚Integrierte Fertigungszelle zum innovativen 3D-Laser-Pulvermetall-Auftragsschmelzen‘, kurz Infer 3D, soll in den kommenden Monaten in Betrieb genommen werden.

Eine Anwendung aus dem Bereich E-Mobilität, die mit der Fertigungszelle gefertigt werden soll:

Bildergalerie

Im Bild die Vorderansicht der hochintegrierten Kühlung eines E-Mobilantriebes. Die herausragende Lösung ist hier eine geometrisch anspruchsvolle Flüssig-Kühlerstruktur, die eine kompakte Lösung erst möglich macht, in der alle Bauteile trotz drangvoller Enge niemals überhitzt werden.

Die Rückseite des Gehäuses. Die 3D-Druck-Fertigungszelle soll extrem filigrane Geometrien aus bisher nicht eingesetzten Materialkombinationen herstellen können.

Großaufnahme der Kühlstruktur mit kleinen Noppen: Die Flüssig-Kühlerstruktur wird mit additiver Fertigung im Metallpulver-Auftragsverfahren hergestellt.

Durch die Kombination additiver und spanender verfahren erhofft man sich viele Vorteile. Zum einen ermöglicht der 3D-Druck Geometrien, die mit konventionellen Verfahren nicht realisierbar wären. Zum anderen stehen die spanenden Verfahren, die über besondere Oberflächenqualitäten verfügen.

Zudem sollen Objekte aus mehreren Metallen hergestellt werden, erklärt Projektleiter Prof. Mattes: „Wir können sogenannte Gradienten-Werkstoffe entwickeln, mit denen wir Bauteile herstellen, die lokal die physikalischen Eigenschaften des einen und in den übrigen Bereichen die Eigenschaften eines anderen Materials besitzen.“ Die Übergänge sind dabei fließend. So werden z.B. Leistungselektronikkomponenten für Elektroautos kompakter und benötigen weniger Platz.

Roboter für die Bauteilhandhabung

Projektleiter Prof. Alexander Mattes erklärt die Vorteile: „Die additive Fertigung ermöglicht Geometrien, die mit konventionellen Verfahren nicht realisierbar wären, die spanenden Verfahren besondere Oberflächenqualitäten.“
(Bild: FH Kiel)

Teil der additiven Fertigungsanlage wird ein mit einem Schutzgas gefluteter Bearbeitungsraum sein, der den Forschern und Forscherinnen die Verarbeitung von Metallen erlaubt, die eine sehr hohe Reaktivität mit der Umgebungsluft haben. Ein solches Metall ist beispielsweise Titan, das aufgrund seiner körperlichen Verträglichkeit z.B. in der Medizintechnik Verwendung findet.

Der Bau der Fertigungszelle wird einige Monate in Anspruch nehmen. Zunächst entsteht der Laborbereich für die sichere Handhabung von Metallpulvern mit geringer Partikelgröße, in den später die additive Fertigungsanlage mit einem Roboter für die Bauteilhandhabung integriert wird. Parallel dazu nimmt die Forschungsgruppe das 5-Achs-Fräs-Bearbeitungszentrum mit einem weiteren Roboter in Betrieb. Anschließend soll das bereits vorhandene fahrerlose Transportsystem der Digitalen Fabrik eingebunden werden.

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