3D-Druck EMO 2023 präsentiert serienreife additive Fertigung in Metall

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Unter dem neuen Claim „Innovate Manufacturing“ lädt der VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e. V.) vom 18. bis 23 September 2023 Interessierte aus der ganzen Welt zur EMO Hannover ein.

Die EMO Hannover 2023, die Weltleitmesse für Produktionstechnologie, wird ihr Fachpublikum im nächsten Herbst unter anderem mit neuen Ideen zur Fertigung inspirieren – zum Beispiel mit Innovationen rund um den 3D-Metalldruckprozess für die Serienproduktion. Immerhin zeigt eine Besucherumfrage, dass sich rund 16 Prozent für die additive Fertigung interessieren. Zwei BMBF-Projekte zeigen hier vorab, wie der Weg in die Serienfertigung klappen kann.

Und so kann man es sich vorstellen: Laserlicht blitzt auf und zaubert einen silbern glänzenden Kreis in ein graues Pulverbett.Leise streift ein Abstreicher über diesen Kreis, den nun wieder neues Pulver bedeckt. So verwandelt der Laser Schicht um Schicht Metallpulver in ein hochkomplex geformtes Bauteil. Rund 25 Stunden dauerte es allerdings bisher, um zum Beispiel Titanpulver in ein Gebilde für die Luftfahrtindustrie von der Größe eines Hutes zu verwandeln.

Ganzheitliche Verbesserung beschleunigt den 3D-Metalldruck

Der 3D-Metalldruck fasziniert sicherlich jeden, der das Verfahren erstmals live und in Farbe erlebt. Doch dem Serieneinsatz stand bisher nicht nur das langsame Aufbautempo entgegen, sondern auch fehlende Automatisierungskonzepte, Digitalisierungsstrategien und maßgeschneiderte Metallpulver.

Etabliert hat sich seit über einem Vierteljahrhundert das laserbasierte Pulverbettverfahren (Laser Powder Bed Fusion LPBF) des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen. Die führende Rolle verdankt die 1996 patentierte Erfindung auch ihrer ständigen Weiterentwicklung. So entstand in Aachen der Prototyp einer Maschine, deren Produktivität sich durch die Vervielfachung der Laserstrahlen erheblich vergrößern ließ. Mit der Anlage lassen sich auch sehr große Bauteile bis zu einer Größe von 800 × 1.000 Millimetern drucken, die bis zu 350 Millimetern hoch sind. Es hat sich also mittlerweile einiges in Sachen 3D-Metalldruck bewegt – sowohl geschwindigkeits- als auch bauraummäßig.

Der 3D-Druck eines Flugzeugtriebwerks inspiriert Autobauer

Wie der Prototyp in der Praxis funktioniert, zeigt ein auf Youtube veröffentlichtes Video, in dem die Gantry-Anlage ein 300 Millimeter hohes Rolls-Royce-Turbinenbauteil mit 620 Millimetern Durchmesser aus Edelstahl druckt. „Wir arbeiten im ‚On-the-Fly‘ Modus: Der Prozesskopf bewegt sich, und die Laser schmelzen das Pulver gleichzeitig um – fast ohne Nebenzeiten“, erklärte Tim Lantzsch, der Leiter der Gruppe Process & Systems Engineering am Fraunhofer ILT. „Es kommen Kameras zur Prozessüberwachung zum Einsatz, die mögliche Wechselwirkungen zwischen den Laserstrahlen und Nebenprodukten visualisieren. Man sieht, dass es ein recht stabiler und homogener Prozess ist.“

Das Bauteil stand im Februar 2022 im Mittelpunkt der virtuellen Konferenz des ICTM International Center for Turbomachinery Manufacturing Aachen. Doch additive Verfahren kommen nicht nur für Flugzeugtriebwerke oder stationäre Turbomaschinen zur Energieerzeugung infrage, auch die Automobilindustrie beschäftigt sich intensiv mit der Industrialisierung des 3D-Metalldrucks. Das hat auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) erkannt und startete 2019 das Projekt Idam (Industrialization and Digitalization of Additive Manufacturing). Es bildete sich unter der Leitung der Münchner BMW Group ein Projektteam mit Fachleuten aus kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU), Großkonzernen sowie Forschungsinstitutionen. Das gemeinsame Ziel der 12 Projektpartner – den metallischen 3D-Druck im Bereich der automobilen Serienproduktion zu revolutionieren.

BMW druckt Metallteile in Oberschleißheim serienmäßig

Das Projekt Idam war erfolgreich, die BMW-Pressestelle meldete im Mai diesen Jahres, dass die Industrialisierung und Digitalisierung von Additive Manufacturing (AM) für automobile Serienprozesse gelungen ist. Am BMW Group Additive Manufacturing Campus in Oberschleißheim ist nun eine digital vernetzte, voll automatisierte 3D-Druck-Fertigungslinie für automobile Serienproduktion entstanden. Eine weitere Linie befindet sich bei der GKN Sinter Metals Engineering GmbH in Bonn. Jährlich lassen sich laut BMW rund 50.000 Bauteile in der Gleichteilefertigung und über 10.000 individuelle Komponenten und Ersatzteile mit dem LPBF-Verfahren kosteneffizient fertigen. Das Erfolgsrezept: Die Projektteilnehmer haben die gesamte Prozesskette von der Entwicklung und Auslegung des 3D-Bauteils, der Inline-Prozessüberwachung, der KI-Auswertung bis hin zum Digitalen Zwilling ganzheitlich verbessert.

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