Bei der pulverbett-basierten, additiven Fertigung von Metallen wird Metallpulver in einer äußerst dünnen Schicht auf eine Bauplattform aufgebracht. Diese Pulverschicht wird mittels eines fokussierten Laserstrahls aufgeschmolzen und verbindet sich beim Erstarren mit der darunterliegenden Materialschicht. Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht so oft wiederholt, bis ein fertiges Bauteil entsteht. Durch den schichtweisen Aufbau können komplexe und gewichtssparende Geometrien realisiert werden. Das fertige Bauteil wird vom überschüssigen Pulver befreit und wird dann in der Regel je nach Anwendung noch nachbearbeitet.
Flexible Anpassung des Laserspots ermöglicht effiziente und kostengünstige Fertigung
Ziel des kürzlich gestarteten InShaPe-Projekts ist es, die metall-basierte, additive Fertigung weiterzuentwickeln. Der verbesserte Fertigungsprozess basiert auf einem optischen Hochleistungsmodul mit programmierbarer Intensitätsverteilung und KI-Techniken zur Bestimmung der optimalen Strahlform für das Zielobjekt, zum Beispiel bestimmt durch den Materialtyp und die Geometrie. InShaPe entwickelt ferner ein innovatives Prozessüberwachungs- und -steuerungssystem zur Qualitätsanalyse, das die gleichzeitige Beobachtung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen (multispektrale Bildgebung) in den Bereich der additiven Fertigung integriert.
„Die Kombination dieser beiden neuen Technologien ermöglicht effiziente und fortgeschrittene Belichtungsstrategien, sodass selbst anspruchsvollste Fertigung komplexer Spezialbauteile auf Anhieb funktioniert“, so InShaPe-Koordinatorin Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy von der School of Engineering and Design der Technischen Universität München.
InShaPe macht metall-basierte, additive Fertigung schneller, günstiger und nachhaltiger
Das Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, diese Form der additiven Fertigung zu einer kommerziell breiten Fertigungstechnologie weiter zu entwickeln, die herkömmliche Herstellungsverfahren wie Druckguss in puncto Präzision und Nachhaltigkeit zukünftig übertreffen soll. Denn die Anpassung der Laserstrahlform und die neuen Belichtungsmöglichkeiten erlauben einen energie- und materialeffizienten Fertigungsprozess. Gleichzeitig soll die InShaPe-Innovation bei den Stückkosten, der Flexibilität und dem Fertigungsvolumen die Wettbewerbsfähigkeit der additiven Fertigung gegenüber traditionellen Herstellungsverfahren unter Beweis stellen. Durch die KI-gestützte Steuerung und Bedienung sollen darüber hinaus auch nicht-hochqualifizierte Arbeitskräfte das neue Verfahren anwenden können.
Das übergeordnete Ziel von InShaPe ist die Weiterentwicklung und Demonstration eines innovativen Pulverbettverfahrens für Metalle (PBF-LB/M) für vier industrielle Anwendungsfälle in den Branchen Luft- und Raumfahrt sowie der Energie- und Automobilindustrie. Im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik sollen folgende Vorteile erreicht werden:
- eine siebenmal höhere Fertigungsrate
- über 50 Prozent niedrigere Kosten
- 60 Prozent weniger Energieverbrauch
- 30 Prozent weniger Ausschuss
Langfristig soll die erfolgreiche Entwicklung und Vermarktung der InShaPe-Technologien die europäische PBF-LB/M-Fertigungsbranche als führende Anbieterin von hochkomplexen Teilen stärken und neue Best-in-Class-Standards für digitale, ressourcenschonende und agile laserbasierte Produktionsmethoden setzen.
Über das EU-Projekt InShaPe
InShaPe startete am 1. Juni 2022 und läuft bis Ende Mai 2025. Das Projekt wird von der Technischen Universität München mit neun weiteren Partnern aus Deutschland, Frankreich, Israel, Italien, den Niederlanden, Schweden und Spanien durchgeführt. Die Projektleitung liegt bei Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy, Leiterin der Professur für Laser-based Additive Manufacturing der Technischen Universität München. Weitere deutsche Partner sind EOS, Oerlikon AM sowie die Bayerische Forschungsallianz. Die EU fördert das Vorhaben unter dem europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation „Horizon Europe“ mit 6,8 Mio. Euro. Davon gehen 3,8 Mio. Euro an bayerische Akteure.
Zur Bayerischen Forschungsallianz (BayFOR) GmbH
In der Antragsphase unterstützte die BayFOR die Koordinatorin und das Konsortium bei der fachlich-inhaltlichen Konzeptionierung des EU-Antrags sowie bei der Klärung von finanziellen und administrativen Fragen. Die BayFOR übernimmt als geförderter Partner in InShaPe die Aufgaben des finanziellen und administrativen Projektmanagements sowie der Kommunikation mit der Öffentlichkeit und interessierten Fachkreisen.
Die vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst geförderte Bayerische Forschungsallianz berät und unterstützt bayerische Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft (insbesondere KMU) umfassend beim Einwerben von europäischen Fördermitteln für Forschung, Entwicklung und Innovation. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Rahmenprogramm für Forschung und Innovation der EU, Horizon Europe. Die BayFOR ist Partner im Enterprise Europe Network und in der Bayerischen Forschungs- und Innovationsagentur.
Steckbrief InShaPe
Projektname: InShaPe (Finanzhilfevereinbarung Nr. 101058523) – Green Additive Manufacturing through innovative beam shaping and process monitoring
Laufzeit: 06/2022 – 05/2025
Koordination: Technische Universität München, Deutschland
Projektpartner:
Aenium Engineering, Spanien
AMEXCI, Schweden
Bayerische Forschungsallianz GmbH, Deutschland
BEAMIT Group, Italien
Eindhoven University of Technology, Niederlande
EOS GmbH Electro Optical Systems, Deutschland
Oerlikon AM Europe GmbH, Deutschland
SILIOS Technologies, Frankreich
Technion – Israel Institute of Technology, Israel
Projektkoordinatorin: Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy, Technische Universität München
Programm: Horizon Europe
Gesamtprojektsumme: 6,8 Mio. Euro
Finanzierung: Europäische Union
Professur für Laser-based Additive Manufacturing
Technische Universität München
Tel: +49 (0)89 289 – 55320
E-Mail: katrin.wudy@tum.de
www.mec.ed.tum.de/en/lbam/home/
Quelle: Bayerische Forschungsallianz, 13. Juli 2022
Die Bayerische Forschungsallianz (BayFOR) berät und unterstützt bayerische Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft umfassend beim Einwerben von europäischen Mitteln für Forschung, Entwicklung und Innovation mit dem Ziel, den Wissenschafts- und Innovationsstandort Bayern im Forschungsraum Europa fortzuentwickeln. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Rahmenprogramm für Forschung und Innovation der EU, Horizon Europe. Als Partner im Enterprise Europe Network bietet sie zudem gezielte Beratung und Unterstützung für bayerische Unternehmen, insbesondere KMU, die sich für eine Teilnahme an EU-Forschungs- und Innovationsprojekten interessieren. Die BayFOR ist eine Partner-Organisation in der Bayerischen Forschungs- und Innovationsagentur (www.forschung-innovation-bayern.de) und wird vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst gefördert.
https://www.bayfor.org/