Additive Fertigung

Das Qualitätsmanagement bei der Additiven Fertigung ist von entscheidender Bedeutung für den späteren Einsatz der Verfahren in der industriellen Produktion. Das Fraunhofer-Zentrum HTL entwickelt dafür Verfahren zur In-situ-Kontrolle der einzelnen Prozessschritte während des 3D-Drucks. Ein Schwerpunkt beim Qualitätsmanagement ist das Erzielen homogener und defektfreier Gefüge im Grünkörper. Das HTL verfügt über leistungsfähige Verfahren zur Bewertung der Grünkörperhomogenität. Auch die Verfahren zur Kontrolle und Optimierung der an den 3D-Druck anschließenden Wärmebehandlungsprozesse sind bereits vorhanden. In diesem Zusammenhang entwickelt das Fraunhofer-Zentrum HTL Apps zur Simulation der Wärmeprozesse.

Das Fraunhofer-Zentrum HTL fertigt Prototypen und Kleinserien im Kundenauftrag. Die Kundenanfragen werden dabei zunächst hinsichtlich der Machbarkeit geprüft. Auf Kundenwunsch wird die Konstruktion von Komponenten mit modernen Methoden zur Topologieoptimierung überarbeitet. Für den 3D-Druck der Bauteile stehen mit einem Stereolithographie-Drucker und einem Pulverbettdrucker zwei komplementäre additive Fertigungsverfahren zur Verfügung (Publikation: Additive Manufacturing of Ceramics). Darüber hinaus werden am HTL neue additive Fertigungsverfahren entwickelt, die eine hohe Materialqualität und zugleich höhere Produktivität versprechen.

Bei den am HTL eingesetzten 3D-Druck-Verfahren für Keramiken, Metalle und Metall-Keramik-Kompositen wird die Wärmebehandlung bewusst vom Formgebungsprozess getrennt. Dies vermeidet einige bekannte Schwierigkeiten anderer Additiver Fertigungsverfahren, wie beispielsweise thermische Spannungen und Verzug beim Selective Laser Melting. Außerdem eröffnet dieses Vorgehen zusätzliche Möglichkeiten für die Materialsynthese. Die nach dem 3D-Druck-Prozess offenporigen Preformen können zum Beispiel anschließend mit Schmelzen infiltriert werden. Darüber hinaus erlaubt die Trennung von Formgebung und Wärmebehandlung eine kostengünstige Parallelisierung der zeitaufwändigen Wärmebehandlung. Die Wärmebehandlungsverfahren können in unterschiedlichen Ofenatmosphären durchgeführt und mittels der am HTL verfügbaren ThermoOptischen Messanlagen (TOM) optimiert werden (vgl. Wärmeprozesse). Nach der Wärmebehandlung erfolgt bei Bedarf die Endbearbeitung von Funktionsflächen mittels eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums. Außerdem können die 3D-gedruckten Bauteile mittels spezieller Fügeverfahren in größere Systeme integriert werden.