Nächster Innovationssprung in der additiven Fertigung von Metallen

EU-Projekt InShaPe

____ München, Deutschland, 13. Juli 2022

In vielen Industriezweigen, etwa in der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrt oder im Energiesektor, steigt die Nachfrage nach speziellen Metallkomponenten, die leicht und hochfest sind. Moderne Gasturbinen zum Beispiel benötigen extrem stabile und gleichzeitig leichte Hitzeschilde. Ein wichtiges Herstellungsverfahren hierfür ist das Pulverbettschmelzen von Metallen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M). Je nach Anwendung ist das Verfahren im Vergleich zur konventionellen Fertigung hinsichtlich der Stückkosten noch nicht immer wettbewerbsfähig. Das von der EU mit 6,8 Millionen Euro geförderte Forschungs- und Innovationsprojekt InShaPe soll einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Technologie leisten. 

Unter der Koordination der Technischen Universität München (TUM), hier der Professur für Laserbasierte Additive Fertigung, arbeiten zehn Partner aus sieben Ländern an dem Projekt zusammen. Beim Pulverbettschmelzen von Metallen werden extrem dünne Schichten von Metallpulver auf eine Bauplattform aufgebracht. Diese Pulverschicht wird durch einen fokussierten Laserstrahl aufgeschmolzen und verbindet sich beim Erstarren mit der darunter liegenden Materialschicht. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis ein fertiges Bauteil entstanden ist. Durch den schichtweisen Aufbau lassen sich komplexe und gewichtssparende Geometrien realisieren. Nach dem Entfernen des überschüssigen Pulvers wird das fertige Bauteil dann in der Regel je nach Anwendung nachbearbeitet.

Flexible Anpassung des Laserspots ermöglicht effiziente und kostengünstige Produktion

Ziel des kürzlich gestarteten EU-Projekts InShaPe ist es, die metallbasierte additive Fertigung weiterzuentwickeln. Das verbesserte Herstellungsverfahren basiert auf einem optischen Hochleistungsmodul mit programmierbarer Intensitätsverteilung und KI-Techniken zur Bestimmung der optimalen Strahlform für das Zielobjekt, die beispielsweise durch die Materialart und -geometrie bestimmt wird. Darüber hinaus entwickelt InShaPe ein innovatives Prozessüberwachungs- und Steuerungssystem für die Qualitätsanalyse, das die multispektrale Bildgebung, d.h. die gleichzeitige Beobachtung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen, in den Bereich der additiven Fertigung integriert.

"Die Kombination dieser beiden neuen Technologien ermöglicht effiziente und fortschrittliche Belichtungsstrategien, so dass auch die anspruchsvolle Produktion komplexer Sonderbauteile auf Anhieb funktioniert."
Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Design der Technischen Universität München.

Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Design der Technischen Universität München - Bildnachweis: EOS

InShaPe macht metallbasierte additive Fertigung schneller, billiger und nachhaltiger

Das Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, diese Form der additiven Fertigung zu einer kommerziell breit gefächerten Fertigungstechnologie weiterzuentwickeln, die in Zukunft konventionelle Fertigungsverfahren wie den Druckguss in Bezug auf Präzision und Nachhaltigkeit übertreffen soll. Denn die Anpassung der Laserstrahlform und die neuen Belichtungsmöglichkeiten ermöglichen einen energie- und materialeffizienten Produktionsprozess. Gleichzeitig zielt die Innovation InShaPe darauf ab, die Wettbewerbsfähigkeit der additiven Fertigung im Vergleich zu traditionellen Fertigungsverfahren in Bezug auf Stückkosten, Flexibilität und Produktionsvolumen zu demonstrieren. Die KI-gestützte Steuerung und Bedienung soll es auch nicht hochqualifizierten Arbeitskräften ermöglichen, das neue Verfahren zu nutzen.

Das übergeordnete Ziel von InShaPe ist die Weiterentwicklung und Demonstration eines innovativen Pulverbettschmelzverfahrens für Metalle (PBF-LB/M) für vier industrielle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt-, Energie- und Automobilindustrie. Im Vergleich zum derzeitigen Stand der Technik sollen folgende Vorteile erzielt werden:

  • eine siebenmal höhere Produktionsrate
  • über 50 Prozent niedrigere Kosten
  • 60 Prozent weniger Energieverbrauch
  • 30 Prozent weniger Abfall

Langfristig soll die erfolgreiche Entwicklung und Vermarktung der InShaPe-Technologien die europäische PBF-LB/M-Fertigungsindustrie als führenden Anbieter von hochkomplexen Bauteilen stärken und neue Best-in-Class-Standards für digitale, ressourceneffiziente und agile laserbasierte Produktionsverfahren setzen.

Über das EU-Projekt InShaPe

InShaPe startete am 1. Juni 2022 und läuft bis Ende Mai 2025. Das Projekt wird von der Technischen Universität München mit neun weiteren Partnern aus Frankreich, Deutschland, Israel, Italien, den Niederlanden, Schweden und Spanien durchgeführt. Geleitet wird das Projekt von Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy, Leiterin des Lehrstuhls für Laserbasierte Additive Fertigung an der Technischen Universität München. Die EU unterstützt das Projekt mit 6,8 Millionen Euro aus dem Europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation "Horizon Europe".

TUM-Komponenten hergestellt durch Pulverbettfusion - Bildnachweis: EOS

Steckbrief InShaPe

Projektname: InShaPe (Grant Agreement no. 101058523) - Grüne Additive Fertigung durch innovative Strahlformung und Prozessüberwachung
Laufzeit: 06/2022 - 05/2025
Koordinierung: Technische Universität München, Deutschland  


Projektpartner:

Projektkoordinatorin: Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy, Technische Universität München
Programm: Horizont Europa
Gesamtbetrag der Förderung: 6 EUR

Über das Unternehmen

 

EOS
EOS ist der weltweit führende Technologieanbieter im Bereich des industriellen 3D-Drucks von Metallen und Polymeren. Das 1989 gegründete, unabhängige Unternehmen ist Pionier und Innovator für umfassende Lösungen in der additiven Fertigung. Das Produktportfolio aus EOS-Systemen, Werkstoffen und Prozessparametern verschafft den Kunden entscheidende Wettbewerbsvorteile in Bezug auf die Produktqualität und die langfristige wirtschaftliche Nachhaltigkeit ihrer Fertigungsprozesse. Darüber hinaus profitieren die Kunden von der umfassenden technischen Expertise in den Bereichen globaler Service, Anwendungstechnik und Beratung.

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