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Angewandte Forschung aus Instituten und Universitäten

ponticon10519Forschungsbericht

Ponticon fertigt im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes mit Fraunhofer Anlagen für das Additive Manufacturing, mit denen sich 3D-Körper und Strukturen aus Metall herstellen lassen. Damit macht das Unternehmen das „Ehla“-Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT für kommerzielle Serienanwendungen nutzbar.

Mit der entwickelten Anlage lassen sich erstmals Bauteile mit einem additiven Verfahren wirtschaftlich fertigen. Damit ergeben sich völlig neue Perspektiven für den 3D-Druck mit Metall.

Das „Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen“, kurz Ehla-Verfahren gilt als revolutionär. Es ermöglicht sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten bei hoher Präzision der aufgetragenen Schichten. Im Gegensatz zum konventionellen LMD-Verfahren wird hierbei Metallpulver bereits in der Luft durch den Laserstrahl aufgeschmolzen und trifft in flüssiger Form auf ein kleines Schmelzbad an der Oberfläche. Bisher wird diese Technik z. B. für die Beschichtung von Offshore-Hydraulikzylindern erfolgreich eingesetzt. Um dieses besonders leistungsstarke Verfahren nun auch additiv nutzen zu können, hat der Maschinenbauer Ponticon die 3D-Ehla-Anlage „PE3D“ entwickelt.

Dabei profitiert das Unternehmen von seiner hohen Flexibilität und schlanken Prozessen. Bereits vier Monate nach Projektbeginn hatte das Team des Sondermaschinenbauers die passende Hochleistungs-Kinematik entwickelt. Erst durch diese Kinematik lassen sich die Vorteile des Ehla-Verfahrens auf die additive Fertigung von Metallteilen übertragen. Noch im zweiten Quartal 2019 sollen Prototypen der Anlage in Betrieb gehen.

Vorteile der 3D-EHLA-Anlage

ponticon20519Die 3D-Ehla-Anlage wird als Schlüssel zur Produktivität in der Serienfertigung von Metallbauteilen sowie im Prototypenbau gesehen. Mit Prozessgeschwindigkeiten von bis zu mehr als 3 m/s wird sie in der Lage sein, innerhalb kürzester Zeit präzise Einzelteile aus Metall im 3D-Druckverfahren vollständig aufzubauen. Bei rotierenden Bauteilen können sogar Vorschub-Geschwindigkeiten von über 15 m/s erreicht werden. Zudem lassen sich im Arbeitsraum platzierte Schnittstellen-Bauteile miteinander verbinden. Solche Schnittstellen-Bauteile sind für das Verfahren optimierte, fertig bearbeitete Komponenten wie Lagerflansche oder Prozessanschlüsse.

Zeitraubende Nacharbeiten von Schnittstellen lassen sich so reduzieren oder vermeiden. Ein Prozess, der im klassischen LPBF-Verfahren nicht möglich ist. Damit ist der Weg frei für endkonturnahe Metallbauteile in der Serienfertigung. Diese Form des Auftragsschweißens erlaubt zudem die Verbindung unterschiedlichster Metalle. Bislang noch undenkbare Materialmischungen ermöglichen vollkommen neue Produkteigenschaften.

Besonders interessant sind diese Eigenschaften in Bereichen wie: Prototypenbau, On-Demand-Fertigung, Herstellung von Sonder- und Einzelteilen sowie Modifikation und Erweiterung von bereits vorhandenen Einzelteilen. Aber auch die Materialforschung erhält völlig neue Impulse, mit der bisher nicht möglichen Kombination von unterschiedlichen Metallen, die zudem fest miteinander verschweißt sind. Zudem werden mit den geringen thermischen Beeinflussungen der Werkstückoberfläche große Abkühlgeschwindigkeiten erreicht. Dies ist eine Grundlage für die Herstellung amorpher Metalle, auch metallisches Glas genannt.

Beschichtungen reduzieren Wartungsaufwand

Neben der Fertigung und Modifikation von Einzelteilen lassen sich mit der Anlage bestehende Teile beschichten. Denkbar sind beispielsweise: Bronze auf Werkzeugstahl, Edelstahl auf Aluminium oder wolframhaltige Legierungen auf Grauguss. Mit diesem Verfahren beschichtete Teile führen beispielsweise zu einem reduzierten Wartungsaufwand, sind langlebiger und widerstandsfähiger. Dadurch lassen sich Ressourcen sparen – und zwar im gesamten Lebenszyklus eines Produktes.

Additive Verfahren bieten vielfältige Vorteile. Im Vergleich etwa zu Metallgussverfahren erfolgt die Fertigung werkzeuglos und mit deutlich niedrigerem Energieaufwand. Lange Zuliefererketten, Transportwege und Lagerkapazitäten entfallen durch die On-Demand-Fertigung. Zudem ersetzt die Beschichtung von Bauteilen mit der 3D-Ehla-Anlage zum Teil umweltschädliche Beschichtungsverfahren.


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