Bauteile gut in Form

Unter Koordination der Technischen Universität München (TUM), Professur für Laser-Based Additive Manufacturing, arbeiten im Projekt zehn Partner aus sieben Ländern zusammen.Im Englischen ist das Verfahren bekannt unter dem Begriff „Powder Bed Fusion of Metals using Laser Beam” (PBF-LB/M). Je nach Anwendungsfall ist das Verfahren - Stand heute - gegenüber der konventionellen Fertigung in puncto Stückkosten noch nicht immer wettbewerbsfähig.

Bei der pulverbettbasierenden, additiven Fertigung von Metallen wird Metallpulver in einer äußerst dünnen Schicht auf eine Bauplattform aufgebracht. Diese Pulverschicht wird mittels eines fokussierten Laserstrahls aufgeschmolzen und verbindet sich beim Erstarren mit der darunterliegenden Materialschicht.

Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht so oft wiederholt, bis ein fertiges Bauteil entstanden ist. Durch den Aufbau schichtweise können komplexe und gewichtssparende Geometrien realisiert werden. Das fertige Bauteil wird vom überschüssigen Pulver befreit und dann in der Regel je nach Anwendung noch nachbearbeitet.

Flexible Anpassung des Laserspots

Ziel des kürzlich gestarteten InShaPe-Projekts ist es, die additive Fertigung weiterzuentwickeln. Der verbesserte Fertigungsprozess basiert auf einem optischen Hochleistungsmodul mit programmierbarer Intensitätsverteilung und KI-Techniken zur Bestimmung der optimalen Strahlform für das Zielobjekt, zum Beispiel bestimmt durch den Materialtyp und die Geometrie.

InShaPe entwickelt ferner ein innovatives Prozessüberwachungssystem und Prozesssteuerungssystem zur Qualitätsanalyse, das die gleichzeitige Beobachtung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen (multispektrale Bildgebung) in den Bereich der additiven Fertigung integriert.

Schneller, günstiger und nachhaltiger

Das Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, diese Form der additiven Fertigung zu einer kommerziell breiten Fertigungstechnologie weiterzuentwickeln, um die herkömmlichen Herstellungsverfahren wie Druckguss in puncto Präzision und Nachhaltigkeit zu übertreffen. Denn die Anpassung der Laserstrahlform und die neuen Belichtungsmöglichkeiten erlauben einen energie- und materialeffizienten Fertigungsprozess.

Gleichzeitig soll die InShaPe-Innovation bei den Stückkosten, der Flexibilität und dem Fertigungsvolumen die Wettbewerbsfähigkeit der additiven Fertigung gegenüber traditionellen Herstellungsverfahren unter Beweis stellen. Durch die KI-gestützte Steuerung und Bedienung sollen darüber hinaus auch nicht-hochqualifizierte Arbeitskräfte das neue Verfahren anwenden können.

Das übergeordnete Ziel von InShaPe ist die Weiterentwicklung und Demonstration eines innovativen Pulverbettverfahrens für Metalle (PBF-LB/M) für vier industrielle Anwendungsfälle in den Branchen Luft- und Raumfahrt sowie der Energie- und Automobilindustrie. Im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik sollen folgende Vorteile erreicht werden:

• eine siebenmal höhere Fertigungsrate
• über 50 Prozent niedrigere Kosten
• 60 Prozent weniger Energieverbrauch
• 30 Prozent weniger Ausschuss

Langfristig soll die erfolgreiche Entwicklung und Vermarktung der InShaPe-Technologien die europäische PBF-LB/M-Fertigungsbranche als führende Anbieterin von hochkomplexen Teilen stärken und neue Best-in-Class-Standards für digitale, ressourcenschonende und agile laserbasierte Produktionsmethoden setzen.

Über das EU-Projekt InShaPe

Das Forschungsprojekt InShaPe startete am 1. Juni 2022 und läuft bis Ende Mai 2025. Das Projekt wird von der TUM mit neun weiteren Partnern aus Deutschland, Frankreich, Israel, Italien, den Niederlanden, Schweden und Spanien durchgeführt. Die EU fördert das Vorhaben unter dem europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation „Horizon Europe“ mit 6,8 Millionen Euro.