GRANULATBASIERTER 3D-DRUCK
Qualitätsgesicherte additive Fertigungskette für Metall- und Keramikbauteile
Die qualitätsgesicherte additive Fertigungskette beschreibt ein digital vernetztes Produktionssystem für die Herstellung und Verarbeitung von Metall- und Keramikpulvern zu geometrisch komplizierten Bauteilen. Ausgehend von einer polymer-modifizierten Pulvermischung wird zunächst ein spritzfähiges Granulat hergestellt. Durch granulat-basierten 3D-Druck erfolgt nun die schichtweise Formgebung zu dreidimensionalen Grünlingen. Ein Entbinderschritt entfernt anschließend den polymeren Träger und es entsteht der sogenannte Braunling, welcher über Sinterprozesse seine finale Kontur und Festigkeit erhält. Bei Bedarf kann schließlich die benötigte Oberflächengüte durch präzise CNC-Nachbearbeitung im unteren µm-Bereich erzeugt werden (vgl. Abbildung).
Kooperationsmöglichkeiten:
- Entwicklung neuartiger Pulver-Mischungen
- Optimierung der additiven Formgebung
- Bewertung nachgeschalteter Prozesseinflüsse
- Charakterisierung der hergestellten Prototypen
- Datenerhebung durch digitale Anlagenvernetzung
- Datenbasierte und KI-gestützte Prozessoptimierung
- …
Die Pulvermischung stellt den Ausgangs-werkstoff dar und bestimmt das spätere Eigenschaftsprofil der Bauteile.
- Beratung bei der Pulverauswahl
- Unterstützung bei der Pulverbeschaffung
- Herstellung einer homogenen Pulvermischung unter Inert-Atmosphäre
- Werkstoffcharakterisierung wie Partikelgrößenverteilung, Homogenität und anderen Eigenschaften
- …
Der Feedstock ist ein spritzfähiges Granulat, welcher aus Metall- bzw. Keramikpulver und einem polymeren Bindersystem besteht.
- Beratung bei der Additivierung (Binder, Stabilisatoren, Gleitmittel etc.)
- Herstellung von spritzfähigen Granulaten mittels Scherwalzen-Technologie
- Prozessoptimierung mit digitaler Prozessdatenanalyse
- Analyse der hergestellten Muster
- …
Ein granulatbasierter 3D-Drucker extrudiert den Feedstock und erzeugt schichtweise Bauteile komplexer Geometrie.
- Konvertierung der CAD-Datensätze
- Generative Herstellung komplexer Bauteilstrukturen
- Evaluierung geeigneter Druckparameter
- Optimierung des Druckprozesses
- Inline-Vermessung der gedruckten Kontur mit digitalem Abbild
- …
Mit Hilfe eines Entbinderungsprozesses wird der Träger aus dem gedruckten Bauteil entfernt und es entsteht der Braunling.
- Lösemittel (Aceton, Isopropanol, Ethanol, VE-Wasser) oder thermische Entbinderungsmöglichkeit (1100°C)
- Prozessoptimierung mit digitaler Prozessdatenanalyse
- Bauteilprüfung (äußere und innere Eigenschaften)
- …
Der Braunling wird knapp unterhalb der Schmelztemperatur unter unterschiedlichen Atmosphären gesintert.
- Sinterofen bis 1700°C für Keramik
- Sinterofen bis 1600°C für Metall (N2-, Ar-, H2-Atmosphäre oder Vakuum)
- Regelbare Temperaturprofile
- Inline-Temperaturmessung
- Digitale Bauteilvermessung
- …
Zur präzisen Nachbearbeitung der Kontur und Oberfläche steht ein hochmodernes 4-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum zur Verfügung.
- Präzisionsbearbeitung im unteren µm-Bereich (<10µm)
- Hochrotationsspindel (bis 15.000 U/min.)
- 4. Drehachse mit Reitstock
- Inline-Vermessung von Werkzeug und Bauteil direkt im Prozess
- …
QUALITÄTSGESICHERTE ADDITIVE FERTIGUNGSKETTE
Durch die digitale Vernetzung werden die generierten Prozessdaten aller Prozessschritte erfasst und zur Qualitätsoptimierung genutzt.
- Vernetzung durch OPC-UA Schnittstellen
- Plattformbasierte Qualitätssicherung in Echtzeit
- Analyse von Prozess- und 3D-Messdaten
- Datenverwaltung in lokaler Datenbank
- Hybrid Cloud Modell zur Skalierung
Ansprechpartner
Projektgruppenleiter:
Dr.-Ing. André Lück
Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Dr.-Ing. Dietmar Drummer
Kontakt: additive.fertigung@nmfgmbh.de