Werkstoff-Cocktail für die Dauerdiät von Konstruktionen

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Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung c/o Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

VDMA e.V.

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Bionisches Design dank additiver Fertigung

Die additive Fertigung ist auf dem Weg von der Prototypenherstellung zur Serienfertigung. Vor 25 Jahren etablierte sich das Rapid Prototyping mit dem Stereolithographie-Verfahren. Vor 20 Jahren erfolgte der erste Einsatz der Technologie im Werkzeugbau als Rapid Tooling. „Der Schritt von der Prototypenfertigung zum Tooling war wichtig, um die Aufmerksamkeit in der Industrie für die Schichtbauverfahren zu gewinnen, denn die Werkzeugherstellung hat der Industrie die wirtschaftlichen Vorteile der Verfahren deutlich gemacht“ sagt Rainer Gebhardt, Projektleiter AG Additive Manufacturing beim VDMA. Nach Aussagen der Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung ermöglichen seit etwa zehn Jahren Weiterentwicklungen in der Lasertechnik das direkte Schmelzen von Metallen (Laserschmelzen) und Kunststoffen (Lasersintern). Dadurch hätten sich vollkommen neue Anwendungsperspektiven für technische Bauteile aller Art und Branchen ergeben, vor allem in der Luftfahrt, der Medizintechnik und im Automobil. Nun könnten Bauteile neue Leichtbaugeometrien enthalten, die bisher nicht fertigbar waren. Als besonders relevante Ausprägungen sieht die Fraunhofer Allianz Leichtbaugitterstrukturen und topologieoptimierte, bionische Leichtbaustrukturen.

Die Abgassonde wurde inklusive aller strömungstechnisch optimierten Kanäle mit integrierter Kühlfunktion in einem Arbeitsgang durch Laserschmelzen hergestellt.
(Bild: RSC Engineering)

Sowohl Metall- als auch Kunststoffkomponenten können heute, limitiert auf bestimmte Werkstoffe und Abmessungen, mit gleichbleibender Qualität generativ in Serie hergestellt werden. Richtlinien zur fertigungsgerechten Konstruktion für additive Verfahren unterstützen inzwischen die Konstrukteure. „Der Fantasie sind seitens der Herstellverfahren grundsätzlich keine Grenzen gesetzt. Auch wenn aktuell noch daran gearbeitet wird, eine Software zu entwickeln, die so leistungsfähig ist, dass sie die Komplexität der inneren Knochenstruktur eines Vogelflügelknochens abzubilden vermag“, resümiert Rainer Gebhardt.

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Qualität von additiv gefertigten Bauteilen sichern

„Aktueller Schwerpunkt der Forschung ist die Sicherstellung von Qualität wie beispielsweise der Reproduzierbarkeit, Einsatz neuer Materialien und Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Fertigung. Hierbei wird deutlich, dass der Zusammenhang zwischen den Qualitätsmerkmalen des gefertigten Bauteils und den einzustellenden Parametern bei dessen Herstellung in vielen Fällen noch genauer erforscht werden muss. Ziel ist es, in Zukunft durch Einstellungen an der Maschine Eigenschaften des Bauteils genauer bestimmen zu können.“

Rainer Gebhardt, Projektleitung AG Additive Manufacturing beim VDMA

* Dipl.-Ing. Dorothee Quitter, Redaktion konstruktionspraxis

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