Mit additiven Fertigungsverfahren lassen sich hochkomplexe, auf konventionellem Wege nicht herstellbare Bauteile werkzeuglos fertigen. Beispiele hierfür sind Hinterschneidungen sowie Hohl- und Gitterstrukturen. Merkmal dieser Verfahren ist der element- bzw. schichtweise Aufbau des Bauteils.
Beim Selektiven Lasersintern (SLS) werden Polymerpulver örtlich durch einen Laserpunkt versintert. Die Bauteilherstellung erfolgt durch schichtweises Auftragen einer dünnen Pulverschicht auf ein Pulverbett und das anschließende Versintern des Bauteiles. Durch Wiederholung des Vorgangs können so dreidimensionale Bauteile erstellt werden. Das Pulverbett dient im SLS-Verfahren gleichzeitig als Stützmaterial.
Mit dem selektiven Lasersintern lassen sich mechanisch belastbare Bauteile sowie komplexe Strukturen ohne Stützstrukturen herstellen.
Beim HP Multi Jet Fusion (MJF)-Verfahren wird der Wärmeeintrag für das Verschweißen der Einzelschichten flächig über Infrarot-Strahlung und nicht punktweise durch einen Laser eingebracht. Das selektive Verschmelzen des Baumaterials wird durch lokales Aufbringen einer im Infrarot-Bereich absorbierenden Tinte realisiert. Die Bauzeit ist damit nicht mehr von der Anzahl an Bauteilen pro Druckjob abhängig, sondern lediglich von der Gesamthöhe des Druckjobs.
Verbunden mit dem Drucksystem ist eine „Processing Station“, in der das gesamte Pulvermanagement vom Auspacken des Druckjobs bis zur Neubefüllung der Baueinheit mit Kunststoffpulver erfolgt. Der Anteil an Recyclingpulver (d.h. Pulver, das schon einmal im Druckbett genutzt wurde) kann dabei auf bis zu 85 % gesteigert werden. Die Aufbereitung des Pulvers erfolgt automatisch mittels integrierter Filtersysteme. Damit ist eine fast vollständige Umsetzung von Pulver in Bauteile möglich.
Die HP Multi Jet Fusion-Technologie ermöglicht eine deutliche Kostenersparnis bei signifikant schnelleren Fertigungszeiten im Vergleich zu bisher etablierten pulverbasierten Verfahren. Die Formteile weisen eine hohe mechanische Belastbarkeit auf.
Das ARBURG Kunststoff-Freiformen (AKF) basiert auf der Extrusion von Polymertröpfchenketten. Die Besonderheit des Verfahrens ist der Druck mit Standardgranulaten, die auch in Spritzgieß- und Extrusionsverfahren zum Einsatz kommen. Somit ist kein Filamenthalbzeug notwendig. Die Granulate werden von einer Extruderschnecke eingezogen und plastifiziert. Der Austrag der Einzeltropfen erfolgt anschließend durch eine piezo-getaktete Düse-Nadel-Kombination. Der freeformer erreicht durch die sehr präzise Ablage einer exakten Tropfenmenge eine sehr hohe Präzision.
Da als Ausgangsmaterial Granulate eingesetzt werden, besteht beim freeformer eine hohe Auswahlmöglichkeit an Materialien. Mittels zwei Austragseinheiten können 2K-Bauteile oder auch Bauteile mit Stützstrukturen erstellt werden.
Im Filamentextrusionsverfahren (Fused-Filament-Fabrication - FFF) werden Kunststofffilamente als Ausgangsmaterial genutzt. Der Filamentstrang wird in einer Düse aufgeschmolzen und definiert durch ein 3-Achs-System auf dem Druckbett abgelegt. Um eine weiter Schicht zu drucken wird die Düse in Z-Richtung um die zuvor ausgewählte Schichthöhe bewegt, bevor eine neue Kunststoffschicht aufgebracht wird. Durch den Einsatz von mehreren Druckdüsen können entweder 2K-Bauteile oder komplexe Bauteilgeometrien durch Einsatz eines wasserlöslichen Stützmaterials hergestellt werden.
Beim Fused Deposition Modeling (FDM) werden Metallfilamente als Ausgangsmaterial genutzt. Bislang können ausschließlich schweißbare Legierungen mit diesem Verfahren verarbeitet werden.
Das Filament wird in einer beheizten Extrudierdüse eingezogen und aufgeschmolzen. Durch die Düsenbewegung in Z- und X- Richtung wird aus dem aufgeschmolzenen Material Schicht für Schicht ein dreidimensionales Bauteil aufgebaut. Durch einen anschließenden Entbinderprozess werden die organischen Elemente aus dem gedruckten Bauteil entfernt. Durch den Sinterprozess schließlich erhält das Bauteil seine endgültigen, rein metallischen Eigenschaften. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von mittelgroßen und komplexen Bauteilen.
Aktuell beschäftigt NMB sich damit, dieses Verfahren auch für nicht schweißbare Hochtemperaturlegierungen, wie Nickellegierungen, die im Triebwerks- und Turbinenbau eingesetzt werden, zugänglich zu machen. Hierbei müssen hochgefüllte Filament, die einen Metallgewichtsanteil von mindestens 90 % besitzen, verwendet werden.
Das drahtbasierte Laserauftragsschweißen bietet eine wirtschaftliche Verfahrensalternative zur pulveradditiven Fertigung, da hier kostengünstigere Metalldrähte für den Schichtaufbau verwendet werden. NMB verfügt hier über eine Anlagenvariante, die wesentliche Verbesserungen des Prozesses ermöglicht. Hierfür wurde die Prototypanlage mit zwei zusätzlichen Komponenten ausgerüstet. Eine Einrichtung zur Vorerwärmung des Drahts führt dazu, dass bei dem anschließenden Schmelzprozess weniger Laserleistung benötigt wird. Ein anderer Vorteil dieser Vorerwärmung besteht darin, dass bei geringerer Laserleistung dickere Drähte aufgeschmolzen werden, was die Voraussetzung für höhere Aufbauraten schafft. Auf der Anlage können hybride Bauteile, die mittels additiver und subtraktiver Fertigung hergestellt wurden, aufgebaut werden. Möglich ist auch eine Kombination aus verschiedenen additiven Verfahren.
Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung großer und komplexer Leichtbaustrukturen aus hochfesten Legierungen unter Verwendung von Hochvakuum ≤ 5 x 10-5 mbar.
Die Anlage wurde im Kooperationsprojekt „Verfahren und Anlagenprototyp zur additiven Serienfertigung von großen und komplexen Leichtbaustrukturen aus hochfesten Legierungen (AdLes)“ zusammen mit den Projektpartnern Evobeam GmbH, IRCAM GmbH, Universität Bremen, Airbus Stiftungsprofessur für Integrative Simulation und Engineering von Materialien und Prozessen entwickelt.
Das ZIM-Koop Vorhaben ZF 4176702LP6 wurde über die AiF Projekt GmbH im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Wir arbeiten mit dem Selektiven Laserstrahlschmelzen auf einer Mlab-Anlage des Herstellers CONCEPT Laser. Hier können im Rahmen einer Auftragsfertigung Bauteile aus einem breitem Spektrum von Metalllegierungen hergestellt werden. Dabei wird feines pulverförmiges Metall durch einen hochenergetischen Faserlaser lokal aufgeschmolzen. Nach dem Erkalten verfestigt sich das Material. Der Aufbau des Bauteils erfolgt Schicht für Schicht durch Absenkung des Bauraumbodens, Neuauftrag von Pulver und erneutem Schmelzen.
Dieses Verfahren nutzen wir für Entwicklungsarbeiten und für die Auftragsfertigung von Prototypen, Vor- und Kleinserien.
Werkzeuge mit konturnahem Temperiersystem werden häufig additiv gefertigt – mit den herkömmlichen Verfahren ist dies jedoch langwierig und teuer. Wir bieten die Möglichkeit, 3D-Werkzeuge mit konturnahen Temperierkanälen mittels des Diffusionsbondings zu entwickeln und herzustellen. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von komplexen und großen Werkzeugen mit hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu den herkömmlichen spanenden und additiven Fertigungsmethoden.
Das Diffusionsbonding basiert auf dem Einsatz von handelsüblichen, zugeschnittenen Blechen. Diese werden entweder mit einem Hartlot (Diffusionslöten) oder nur mit Presskraft (Diffusionsschweißen) zusammengefügt.
Das Selektive Laserschmelzen (SLM) stellt ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau komplex geformter Strukturen dar und zählt zu den derzeit innovativsten Verfahren auf dem Markt. Bei diesem Verfahren wird ein pulverförmiges Ausgangsmaterial auf eine Trägerplatte aufgetragen und in Abhängigkeit der gewünschten Geometrie des zu erstellenden Werkstücks ortsselektiv unter Einsatz eines Laserstrahls mit den vorherigen Schichten verschweißt. Dieses Vorgehen wird schichtweise wiederholt, bis am Ende das fertige Bauteil vorliegt. Die dabei erreichbaren Bauteileigenschaften und Bauteilqualität sind primär von der Stabilität des Schmelzprozesses abhängig. Für die Verarbeitung reaktiver Materialien verfügen wir über eine Anlage, bei der das Verfahren zum Schutz der Metallschmelze vor Oxidation durch Luftsauerstoff, im Vakuum durchgeführt wird.
Durch dieses Verfahren erhalten wir spannungsarme und verzugsarme Elemente aus komplexen Bauteilen verschiedener Legierungen mit einem sehr geringen Anteil an Mikrodefekten.
Die Anlage wurde im des Kooperationsprojekt „Neues Verfahren zur generativen Schichtfertigung durch das selektive Laserschmelzen unter Vakuum (SLaVa)“ zusammen mit den Projektpartnern evobeam GmbH, Bach Resistor Ceramics GmbH und Airbus Stiftungsprofessur für Integrative Simulation und Engineering von Materialien und Prozessen entwickelt.
Das ZIM-Koop Vorhaben KF2481016CK4 wurde über die AiF Projekt GmbH im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Die Ultraschallverdüsungstechnologie ist ein Verfahren zur Entwicklung und Herstellung von Metallpulver. Es beruht auf dem Zerstäuben von aufgeschmolzenen Legierungen, die auf eine im Ultraschallbereich schwingende Sonotrode fließen. Auf dieser bildet sich ein dünner Metallfilm, der auf der Frequenz der Sonotrode mitschwingen. Erreicht die Amplitude der schwingenden Sonotrode einen kritischen Wert, kommt es zum Ablösen der Wellenspitzen des flüssigen Metalls. Dabei bilden sich aufgrund der Oberflächenspannung kleine Tröpfen, die infolge des Argonstroms im Flug zu kreisrunden Partikeln mit geringer Partikelgrößenverteilung erstarren.
Das Verfahren zeichnet sich durch zwei grundlegende Vorteile aus: Zum einen können annähernd vollsphärische Partikel erzeugt werden, zum anderen ergibt sich eine enge Partikelgrößenverteilung und damit ein effizientes Ergebnis.
Mit der Ultraschallverdüsungsanlage kann NMB maßgeschneiderte Pulver in kleinen Mengen aus verschiedenen Zusammensetzungen gezielt entwickeln und bereitstellen.
Leistungsspektrum:
- Entwicklung leistungsstarker Verfahren
- Materialentwicklung für Pulver- und Extrusions-, Draht- und Blechbasierte Verfahren
- Funktionalisierung von Spritzgieß- und Faserverbundbauteilen
- Auftragsfertigung funktionaler Prototypen
- Mikrostrukurelle und mechanische Charakterisierung additiv gefertigter Bauteile
