Herstellprozesse

Herstellprozesse

Additive Fertigung von Keramik-, Metall- und Kompositbauteilen

Das Fraunhofer-Zentrum HTL entwickelt und fertigt Bauteile aus Keramik, Metall und Metall-Keramik-Kompositen über die Additive Fertigung, gemeinhin auch 3D-Druck genannt. Standardmaterialien sind z.B. Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid sowie Siliziumcarbid und Stahl. Das Technologiefeld Additive Fertigung umfasst hierbei die Entwicklung neuer Materialsysteme und Fertigungsverfahren, die Herstellung von Prototypen und Kleinserien sowie das Qualitätsmanagement von additiv gefertigten Bauteilen.

Die Entwicklung neuer Materialsysteme beinhaltet die Formulierung und Synthese von Feedstocks für den 3D-Druck. Ziel ist, die Verarbeitungseigenschaften der Feedstocks für das eingesetzte 3D-Druckverfahren so anzupassen, dass Bauteile mit hoher Qualität gefertigt werden können und gleichzeitig die vom Kunden gewünschten Werkstoffeigenschaften erreicht werden. Beispiele dafür sind unter anderem die Einstellung der Rieselfähigkeit von Pulverversätzen oder die Anpassung der Fließeigenschaften von Schlickern für die Additive Fertigung.

 

Qualitätsmanagement

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 möglichst homogener und defektfreier Gefüge im Grünkörper und im gesinterten Bauteil sowie die Kontrolle der Wärmebehandlungsprozesse.

 

Fertigung von Prototypen und Kleinserien

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

 

Trennung von Formgebung und Wärmebehandlung

Bei beiden bislang am Zentrum 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 z.B. 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 Metallschmelzen infiltriert werden. Außerdem erlaubt die Trennung von Formgebung und Wärmebehandlung eine kostengünstige Parallelisierung der z.T. zeitaufwändigen Wärmebehandlung für große Chargen. 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. 

Leistungsangebot Additive Fertigung bzw. 3D-Druck:

  • Bauteilentwicklung nach Kundenanforderungen
  • FE-basierte Auslegung und CAD-Konstruktion von Bauteilen
  • Entwicklung neuer keramischer, metallischer und hybrider Materialsysteme für die Additive Fertigung
  • Formulierung,Charakterisierung und Optimierung von 3D-Druck-Feedstocks
  • Qualitätsmanagement in additiven Fertigungsprozessen
  • Fertigung von Prototypen und Kleinserien aus Keramiken, Metallen oder Metall-Keramik-Kompositen mittels 3D-Druck
  • Entbinderung und Sinterung von 3D-Druck-Bauteilen
  • Schmelzinfiltration von porösen, additiv gefertigten Preformen
  • Bauteilcharakterisierung (Dimensionsanalyse, Gefügeanalyse, mechanische und zerstörungsfreie Prüfung)
  • Optimierung der Wärmebehandlungsprozesse

Weiterführende Veröffentlichungen:

 

Fügen

   

Das Fraunhofer-Zentrum HTL entwickelt und fertigt Bauteile aus Keramik, Metall und Metall-Keramik-Komposite

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3D-Druck: Stereolithographie-Verfahren

 

3D-Druck: Pulverbett-Verfahren

 

3D-Druck: QM in der Additiven Fertigung

 

3D-Druck: Neue Verfahren der Additiven Fertigung

 

Hier finden Sie den Flyer

 

Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

 

Hier finden Sie den Flyer

 

Additive Fertigung von Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen

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