<

02.03.2016

Tempo im 3D-Druck

Mit Multi-Laser-Technik und Automation wird Additive Manufacturing zum Serienverfahren.

Multi-Laser-Technik beschleunigt additive Fertigungsprozesse. Eingebettet in automatisierte Prozessketten drängt die Technologie in die Serienfertigung.

Mit ihrer SLM 500 HL ist die Lübecker SLM Solutions GmbH Trendsetter. In der Anlage bauen vier Faserlaser aus Metallpulver Bauteile auf. Solche Multi-Laser-Technik gilt als Königsweg, um die additive Fertigung zu beschleunigen, größere Bauteile zu drucken und die Produktivität zu steigern. Das Ziel ist klar: Industrielle Serienfertigung.

Flugzeugbauer wie Airbus und Boeing setzen bereits gedruckte Serienteile ein. NASA und ESA melden, dass ihre Konstrukteure Baugruppen aus dutzenden Einzelteilen zu Bauteilen fusionieren, die sich in einem Stück ausdrucken lassen. Ganze Prozessketten vom Design bis zum einbaufertigen Bauteil können inhouse abgewickelt werden. Die Vorteile treiben auch den Maschinen- und Anlagenbau, die Automobilbranche sowie Medizintechnik und Sportgerätehersteller um. Der 3D-Druck boomt.

SLM gibt in der Mehrstrahl-Technik den Takt vor. Dank vier mal 700 Watt Laserleistung baut besagte SLM 500 HL Metallteile mit bis zu 105 cm³ pro Stunde auf, obwohl die einzelnen Schichten nur 20 bis 75 µm dünn sind, und das Licht am Belichtungspunkt auf unter 100 µm fokussiert ist. Die Scangeschwindigkeit liegt bei mehreren Metern pro Sekunde. Gerade die Übergänge zwischen den Lasern sind eine Herausforderung. „Die Arbeitsbereiche der vier in Reihe angeordneten Laser überlappen sich“, erklärt Dr. Dieter Schwarze, SLM-Entwicklungsleiter Additive Prozesse. Die Anlagensteuerung gewährleiste, dass die Schmelzbereiche der rasenden Lichtkegel perfekt ineinander greifen und in den Überlappungsbereichen keinerlei Porosität auftritt.

Mehr Laser – aber nicht mehr Leistung pro Laser
„Natürlich denken wir darüber nach, ob wir auch acht oder noch mehr Laser einsetzen können. Und das nicht nur in Planspielen“, räumt Schwarze ein. Mittelfristig hält er so Aufbauraten von 500 cm³ pro Stunde für machbar. Multi-Laser-Technik brauche es, da die Schichtdicken nicht groß zunehmen können und Trägheitskräfte der Spiegel einer weiteren Beschleunigung der Lichtkegel Grenzen setzen. „Die Leistung lässt sich nicht viel weiter steigern, da mit zunehmender Energie mehr Spannung und Verformung im Bauteil auftreten“, sagt er. Wobei sich der Energieeintrag stets am Material orientiere. Bei Aluminium und Kupferbasislegierungen seien durchaus Leistungen im kW-Bereich gefragt.

Auch neue Prozessstrategien erwartet der Experte. Etwa schnellerer Aufbau mit hoher Laserleistung am Bauteilkern und nach außen hin filigranere Oberflächenstrukturen mit geringerer Leistung. Über die Prozessstrategie könne man auch Mikrostrukturen beeinflussen. „Wir sind in der Lage, ein-kristalline Mikrostrukturen einzubringen, in denen es keine Korngrenzen gibt und deren Gitter einheitlich in Belastungsrichtung ausgerichtet ist“, erklärt er. Das prädestiniere additiv gefertigte Bauteile für Einsätze in Hochtemperaturbereichen. Etwa als Turbinen-Blades. Zumal sich auch ihr Verschleiß additiv reparieren lasse.

Scanner-Systeme und Faserlaser bleiben vorerst Mittel der Wahl
Fraunhofer-Forscher haben ein Anlagenkonzept umgesetzt, in dem fünf Diodenlaser über die Bearbeitungsfläche geführt werden. Schwarze sieht diesen Ansatz skeptisch. Die Masse der Laser stehe einer schnellen, präzisen Prozessführung im Wege. Zudem hapere es an der Auslastung der einzelnen Laser. Eine echte Alternative zur heutigen Kombination aus Faserlasen und Spiegel-Scanner-Systemen sei nicht in Sicht.

Ähnliches ist von der Concept Laser GmbH aus Lichtenfels zu hören, die mit Airbus und dem Laser Zentrum Nord für den Deutschen Zukunftspreis 2015 nominiert war. Auch sie setzt auf Faserlaser. Aktuelle Spitzenanlage ist die X line 2000-R mit zwei 1-kW-Lasern. Noch 2016 soll eine Vier-Laser-Anlage mit optional 4 x 400 W oder 4 x 1.000 W Laserleistung folgen.

Gesamtprozess im Blick
Die Oberfranken sehen die Multi-Laser-Technik als Teil einer Gesamtstrategie, mit der sie die Produktivität ihrer Anlagen steigern wollen. „Wir arbeiten an einer komplett modularen, automatisierten Prozesskette“, erklärt Daniel Hund, Leiter Marketing und Kommunikation. Ziel sei die „AM Factory of Tomorrow“, eine digital vernetzte Fabrik á la Industrie 4.0. Darin können beliebig viele Anlagen kombiniert werden, und bislang manuelle Prozesse sind automatisiert. Als unabhängige Module ausgelegte Bauräume gehen sofort nach dem Druckprozess ins Post-Processing, wo Roboter die gefertigten Bauteile entnehmen, einer Wärmebehandlung und ihrer Nachbearbeitung zuführen. „Die Produktivität hängt nicht nur von der Anzahl und Leistung der Laser ab, sondern auch davon, Totzeiten in den bisher manufakturartigen Prozessketten zu minimieren“, sagt er.

Mit der Zukunftsfabrik will Concept Laser den Flächenbedarf der additiven Fertigung um bis zu 85 Prozent senken. Zudem soll die Produktivität der Multi-Laser-Technik nicht mehr durch manuelle Arbeiten aufgezehrt werden. Doch das Unternehmen will auch den eigentlichen 3D-Prozess optimieren. So soll die geplante Vier-Laser-Anlage Baujobs auch beim Ausfall eines Lasers zu Ende führen, indem der Arbeitsbereich der anderen drei Laser automatisch vergrößert wird. Zur Aufbereitung des Pulverbetts ist ebenfalls Innovatives angekündigt. „Ehe wir nächste Stufen der Multi-Laser-Technik in Angriff nehmen, wollen wir Effizienzpotentiale im Prozess heben“, so Hund. Denn für eine industrielle Serienfertigung brauche es robuste, automatisierte Fertigungsketten.

 
 
 
 
  • LASER World of PHOTONICS
 
Highlights
active active active
für Aussteller
für Besucher
für die Presse
Das war die LASER World of PHOTONICS

Das war die LASER World of PHOTONICS 2017

Volle Hallen, konstruktive Gespräche und positives Feedback. Erleben Sie die Highlights der Veranstaltung 2017 noch einmal nach.

Das war die LASER World of PHOTONICS

Das war die LASER World of PHOTONICS 2017

Volle Hallen, konstruktive Gespräche und positives Feedback. Erleben Sie die Highlights der Veranstaltung 2017 noch einmal nach.

Das war die LASER World of PHOTONICS 2017

Volle Hallen, konstruktive Gespräche und positives Feedback. Erleben Sie die Highlights der Veranstaltung 2017 noch einmal nach.

365 Tage bestens informiert

365 Tage bestens informiert

Ob Messe-News, Branchenwissen oder Hintergrundinfos: Wir halten Sie immer auf dem Laufenden. Rund ums Jahr und auf allen Kanälen.

365 Tage bestens informiert

365 Tage bestens informiert

Ob Messe-News, Branchenwissen oder Hintergrundinfos: Wir halten Sie immer auf dem Laufenden. Rund ums Jahr und auf allen Kanälen.

365 Tage bestens informiert

Ob Messe-News, Branchenwissen oder Hintergrundinfos: Wir halten Sie immer auf dem Laufenden. Rund ums Jahr und auf allen Kanälen.

Was die Weltleitmesse bietet

Was die Weltleitmesse bietet

Was steht im Fokus? Wer nimmt teil? Wovon profitieren Sie? Hier erfahren Sie das Wichtigste über die Weltleitmesse der Photonik.

Was die Weltleitmesse bietet

Was die Weltleitmesse bietet

Was steht im Fokus? Wer nimmt teil? Wovon profitieren Sie? Hier erfahren Sie das Wichtigste über die Weltleitmesse der Photonik.

Was die Weltleitmesse bietet

Was steht im Fokus? Wer nimmt teil? Wovon profitieren Sie? Hier erfahren Sie das Wichtigste über die Weltleitmesse der Photonik.