Fraunhofer IPT stellt auf der Formnext hybride Prozesskette mit additiven und konventionellen Fertigungstechnologien vor

»Different solutions along the AM Supply Chain« – unter diesem Motto stellt der Fraunhofer-Verbund Produktion auf der Formnext 2022 neue Prozesse und Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette rund um die Additive Fertigung und den industriellen 3D-Druck vor. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen zeigt auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 11, Stand D51, wie gut sich additive und konventionelle Fertigungstechnologien für die effiziente Fertigung komplexer Bauteile kombinieren lassen.

Der Fraunhofer-Verbund Produktion bündelt das Know-how von zwölf Instituten und Einrichtungen zu zahlreichen Themen der Fertigung und Produktionsorganisation. Die Messebesucherinnen und -besucher der Formnext 2022 können sich am Gemeinschaftsstand des Verbunds ein umfassendes Bild davon machen, was die beteiligten Fraunhofer-Institute in der additiven Fertigung, in der Nachbearbeitung sowie für die Digitalisierung der Prozesse und Prozessketten entwickeln und erarbeiten.

Das Fraunhofer IPT, als Teil des Verbunds, demonstriert auf der Formnext 2022 die Vorteile einer passgenauen Kombination additiver und konventioneller Technologien für die Fertigung komplexer Bauteile. Als Anwendungsbeispiel dient eine Wasserstoff-MMX-Brennkammer, die durch »Laser Powder Bed Fusion« (LPBF), ein Verfahren des pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens, gefertigt und durch Fräsen nachbearbeitet wurde. Das Fraunhofer IPT stellt seit Jahren nicht nur additiv gefertigte Bauteile her und optimiert die einzelnen Fertigungstechnologien, sondern führt zusätzlich auch alle vor- und nachgelagerten Bearbeitungsschritte durch, etwa elektrochemische Abtragverfahren wie EDM und ECM oder das Fräsen und Drehen.

LPBF: Extrem dünne Schichten für die additive Fertigung komplexer Bauteile

Die Herstellung der ausgestellten Wasserstoff-Brennkammer ist technisch sehr anspruchsvoll, und die Fertigungstoleranzen sind gering. Eine Fertigung nur durch subtraktive Fertigungsverfahren wie Fräsen und Bohren ist in einem solchen Fall enorm aufwändig und macht das Bauteil sehr kostspielig. Die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IPT entschieden sich im Rahmen eines Kooperationsprojekts deshalb dafür, die Brennkammer mittels LPBF additiv zu fertigen. Beim LPBF-Verfahren wird das Bauteil durch einen Mikroschweißprozess in einem Pulverbett Schicht für Schicht aufgeschmolzen. Da die Schichten extrem dünn sind, können selbst komplexe Bauteile wie die Wasserstoff-Brennkammer so gefertigt werden, dass die innenliegenden Funktionselemente direkt mit aufgebaut werden. Das reduziert den Aufwand bei der Nachbearbeitung deutlich.

Mit der Kombination additiver und konventioneller Verfahren schneller und kostengünstiger zur Serienreife

Nach der additiven Fertigung der Brennkammer und dem Abtrennen der Plattform, auf der sie aufgebaut wurde, sind nur noch wenige subtraktive Nachbearbeitungsschritte, etwa durch Fräsen, erforderlich: So werden etwa die filigranen, beweglichen Luftleitbleche in einem Fräsprozess hergestellt und die Bohrungen für den Wasserstoffaustritt nachträglich hinzugefügt. In der Kombination der einzelnen Fertigungsschritte gelingt es, die Schwächen der jeweiligen Verfahren zu kompensieren und die Einzelprozesse zu einer synergetischen Prozesskette zu verbinden. Der Zeit- und Kostenaufwand bis zur Serienreife lässt sich durch die Kombination von additiven und konventionellen Verfahren deutlich senken.

Weitere Exponate auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand belegen die Fraunhofer-Expertise in der Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile sowie in der Anlagenvernetzung und bei der Erstellung Digitaler Zwillinge.

Der Artikel basiert auf einer Pressemeldung von Fraunhofer IPT.