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Fraunhofer IAPT: Komplexe Automobilteile dank erfolgreicher Skalierung hochproduktiven L-PBF-Verfahren

Am 14. November 2022 von Bianca Z. veröffentlicht

Es vergeht stets nur wenig Zeit, ohne, dass die additive Fertigung im Bezug auf die Automobilbranche und weiteren Neuheiten genannt wird. Denn wie wir bereits wissen, verdanken Automobilhersteller wie BMW, Audi, Volkswagen oder auch General Motors dieser Technologie einige Fortschritte und Vorteile, wie beispielsweise reduzierte Fertigungszeiten, Kosteneinsparungen und nach im Bezug auf die Nachhaltigkeit konnte einiges erreicht werden! Nun hat das Fraunhofer Institut IAPT in einer Pressemitteilung bekannt gegeben, dass sie eine erfolgreiche Skalierung für hochproduktives L-PBF-Verfahren für die Herstellung von komplexen Automobilteilen erreicht haben.

Das Fraunhofer IAPT – kurz für Additive Produktionstechnologien – zählt zu einen der führenden Institute, wenn es um die additive Produktion im Bezug auf Kernkompetenzen wie AM Design, AM Prozesse und auch AM Systeme geht. Daher hat man in einer gemeinsamen Forschungsarbeit mit Constellium, ein deutscher Hersteller von unter anderem Walzerzeugnissen und Strangenpressproduktionen und auch vermehrt in der Automobilindustrie tätig, den Erfolg der Bearbeitung durch hochproduktiven L-PBF von der Aluminiumlegierung AHEADD® CP1 untersucht und nachgewiesen. Funktioniert hat dies mit einer Demonstration für ein Türscharnier eines Automobils mit 145 cm³ / h, wobei hier anschließend ein industrielles Einlaser-L-PBF-System genutzt worden ist.

Das Fraunhofer IAPT ist mit der additiven Fertigung im Automobilbereich vertraut. Hier: additive Herstellung eines Bremssattel für Fiat Chrysler (Bild: Fraunhofer IAPT

Einzelheiten zum Projekt

Zu Beginn der ersten Phase des Projekts wurde von Seiten von Fraunhofer IAPT ein Verfahren zur Gewinnung von extrem dichter Materialproben entwickelt, welches unter der Verwendung eines industriellen L-PBF-Aufbaus stand. Mit einem 1kW-Lasersystem ausgestattet, zeigte sich in weiterer Folge durch eine passende Kombination von hoher Schichtdicke, Laserleitung, Scangeschwindigkeit und Schraffurabstand, dass die Aufbaurate bis zu 164 cm³ / h betragen kann. Die Dichte hingegen blieb bei allen Durchgängen konstant über 99,7 %. Außerdem entwickelte das IAPT-Team parallel dazu einen ersten Entwurf von Oberflächenparameter, sodass diese Eigenschaften der Oberflächenrauhigkeit der jeweiligen Legierungen bewertet werden können. In einem standartisierten Verfahren der L-PBF-Aluminiumlegierungen variiert die Rauheit, so allerdings nicht bei jenen des Fraunhofer IAPTs. Außerdem konnte erforscht werden, dass auf Grund eines Ra-Werts zwischen 22 und 32 µm bei einer Schichtdicke von 120 µm, dies als Vorteil für die weitere Entwicklung von Hochleistungskomponenten mit guten Ermüdungseigenschaften genutzt werden kann.

Auch, wenn man nun im Stande war die Prozessgeschwindigkeit um das dreifache zu erhöhen, so blieben die Legierungsdichte wie auch die Probeneigenschaften zur Freude aller im zuvor erwarteten Bereich. Dies war der ausschlaggebende Grund für die Ingenieure des Fraunhofer IAPT, diese Ergebnisse auf ein L-PBF ausgelegtes Automobilscharnier zu adaptieren, welches zuvor mit einer Schichtdicke von 60 µm und einer Aufbaurate von 0 cm³ / h gefertigt worden. Für den Benchmark-Bauauftrag wurde eine Aufbaurate von 145 cm³ / h genutzt, wobei auch dieses Bauteil auf einer 1kW-Laseranlage angefertigt worden ist. Die durchgeführten Tests zeigen anschließend eine Dichte von 99,8 % erreicht worden ist, wobei das Teil danach mit Gleitschleifen und Strahlen nachbearbeitet worden ist. Die Resultate zeigen insgesamt, dass die Übertragung von Hochgeschwindigkeitsprozessparametern auf reale Anwendungsfelder im industriellen Bereich sehr erfolgreich sein können. Auch, wenn bei den aktuellen Forschungen nur ein einzelnes Lasersystem genutzt worden ist, so wird eine mögliche Adaptierung der Parameter auf Multilasersysteme sowohl die Produktivität erhöhen, wie gleichzeitig auch zur Senkung der Teilkosten beitragen. Somit kann die Automobilindustrie weiterhin von einer verbesserten wirtschaftlichen und nachhaltigen Herstellungsweise profitieren. Wenn Sie mehr über die Forschung des Fraunhofer IAPT erfahren möchten, dann klicken Sie bitte HIER.

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