Generative Fertigung von Aluminiumbauteilen für die Serienproduktion

Aluminiumbauteile werden aufgrund ihres günstigen Verhältnisses von Gewicht und Festigkeit in vielen Bereichen der industriellen Fertigung eingesetzt. Mit Hilfe des generativen Fertigungsverfahrens „Selective Laser Melting“ sollen die Nachteile der spanenden Fertigung sowie fertigungstechnischen Restriktionen bei der Herstellung von Aluminiumbauteilen überwunden werden.

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Ziel
Stellvertretend für die allgemeine Fertigungstechnik bestehen für die im Konsortium vertretenen Endanwender aus den drei Branchen Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Automatisierungstechnik bei der Herstellung von Aluminiumbauteilen konkret derzeit folgende Defizite:

• Für geringe Stückzahlen wie z.B. für Funktionsprototypen, Einzelteile und Kleinserien bedeutet die Herstellung der Gießformen für den Leichtmetalldruckguß einen unverhältnismäßig hohen Zeit-, Kosten,- Energie- und Materialaufwand
•  Bei der spanenden Fertigung wird in Abhängigkeit der Geometrie ein unverhältnismäßig hohes Materialvolumen zerspant. Dabei entsteht eine hohe Abfallmenge sowie Schmier- und Kühlmittelverbrauch.
•  Bauteile können aufgrund fertigungstechnischer Restriktionen nicht belastungs-, funktions- und gewichtsoptimiert ausgelegt werden (z.B. durch interne Strukturen). Dadurch wird häufig ein unnötig hohes Bauteilvolumen und damit Bauteilgewicht erzeugt oder es muß ein fester, jedoch teurer, aufwändig zu bearbeitender und auf knappe Ressourcen beruhender Werkstoff eingesetzt werden (z.B. Titan für die Luftfahrt).

Technologie
Beim generativen Fertigungsverfahren Selective Laser Melting (SLM) bestehen diese Defizite grundsätzlich nicht, da hiermit direkt aus 3D-CAD Daten ohne formgebende Werkzeuge Bauteile mit nahezu beliebig komplexer Struktur ohne Materialverlust herstellbar sind.

Die Eignung des Selective Laser Melting (SLM) als Fertigungsverfahren für die Serienproduktion wurde bereits für spezielle Werkstoffe nachgewiesen. Ein generatives Fertigungsverfahren zur Herstellung von Aluminiumbauteilen mit serienidentischen Eigenschaften existiert bisher jedoch nicht.

Daher ist das Ziel des Vorhabens „Generative Fertigung von Aluminiumbauteilen für die Serienproduktion – AluGenerativ“ die Entwicklung des SLM-Verfahrens zur generativen Fertigung von Aluminiumbauteilen, deren Gebrauchseigenschaften den Serienanforderungen genügen. Dies soll erreicht werden durch die aufeinander abgestimmte Entwicklung von SLM-Verfahren und Aluminium-Werkstoff, so dass durch den Werkstoff im Zusammenwirken mit dem Fertigungsverfahren die gewünschten Bauteileigenschaften erreicht werden.

Anwendung
Damit wird die generative Fertigung von Bauteilen für Funktionsprototypen, Einzelteile und Kleinserien aus Aluminiumwerkstoffen zur signifikanten Einsparung von Material, Energie und Produktionszeit gegenüber konventioneller Fertigung ermöglicht. Außerdem wird damit die Realisierung neuer belastungs-, gewichts-, und funktionsoptimierter Bauteilgeometrien ermöglicht, die mit bisherigen Fertigungsverfahren nicht herstellbar sind.

Mit Selective Laser Melting (SLM) hergestellte Demonstrationsbauteile ermöglichen neue Schritte zur Leichtbauweise. Die inneren Strukturen können durch übliche Fertigungsverfahren nicht erzielt werden.

 Fotos: Fraunhofer ILT

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