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TU Berlin

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Fertigungsprozess & Maschinen

Zur Bauteilgenerierung mittels Additive Manufacturing (AM) werden AM-Maschinen verwendet. Die Leistungsfähigkeit einer Maschine beruht auf dem technischen Potential der mechatronischen Einzelsysteme und der Abstimmung der Prozessparameter bei der Verarbeitung eines spezifischen Materials. Zur Erhöhung der Prozessfähigkeit werden an der TUB im Bereich der Forschung die AM-Maschinen sämtlicher Verfahrensklassen diesbezüglich modifiziert, weiterentwickelt und neuentwickelt. Die generierten Bauteileigenschaften auf einer spezifischen AM-Maschine korrelieren mit den gewählten Prozessparametern im Rahmen der Fertigung. Ziel einer Prozessparameterentwicklung ist die Verbesserung gewisser Merkmale in einem bereits bestehenden Fertigungsprozess oder der Etablierung eines neuartigen Prozesses mit einem AM-Sonderwerkstoff.

Überschrift ihrer Kompetenz

  • Name des Fachgebiets
  • Name des Ansprechpartners
  • E-Mail des Ansprechpartners (optional)

Beschreibung ihrer Kompetenz: maximal 150 Wörter

 

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Entwicklung von Lasersintermaschinen

Lupe
  • Fachgebiet Methoden der Produktentwicklung und Mechatronik
  • Ansprechpartner: Clemens Kautz, M. Sc.
  • E-Mail: clemens.kautz(at)tu-berlin.de

In den vergangenen Jahren hat sich das Lasersintern im Bereich der medizintechnischen Forschung als aussichtsreiches AM-Verfahren zur zeitnahen Herstellung von patientenspezifischen Implantaten mit entsprechender Bioaktivität etabliert. Aufgrund mangelnder Prozesssteuerbarkeit und zu großer Bauvolumina kommerzieller Lasersintermaschinen wird diesbezüglich am Fachgebiet Methoden der Produktentwicklung und Mechatronik in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Keramische Werkstoffe und dem 3D-Labor der Technischen Universität Berlin eine Forschungsmaschine entwickelt, die in Zukunft zur Fertigung von Implantatmatrizen aus bioresorbierbareren Polymerwerkstoffen verwendet werden soll. Ein kleiner Bauraum, hohe Fertigungsgenauigkeit, parametrische Steuerung und die Möglichkeit der Integration entsprechender Sensorik waren die Hauptanforderungen an die modulare Forschungsmaschine. Die Prozesskammer ist durch die Verwendung FDA-konformer Werkstoffe für die Fertigung von Medizinprodukten geeignet.

 

 

 

 

Entwicklung von Maschinen für das Selektive Laserstrahlschmelzen

Lupe
  • Fachgebiet für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
  • Ansprechpartner: Erwin Krohmer, M. Sc.
  • E-Mail: erwin.krohmer(at)iwf.tu-berlin.de

Die junge Technologie der additiven Fertigung von metallischen Bauteilen bietet viele Vorteile, weist aber noch große Potenziale in der Maschinenperipherie auf, die den industriellen Durchbruch, also die Serienfertigung, behindern. Aktuellen additiven Anlagen mangelt es an fehlender Reproduzierbarkeit, Produktivität und Flexibilität im Vergleich zu konventionellen Verfahren. Aktuell kann beispielsweise nur ein Material mit spezifischen Eigenschaften verarbeitet werden, die Plattformtemperatur erreicht maximal 200 °C, der Bauraum ist auf kleine Teile begrenzt und die Maschinendynamik ist gering. Durch grundlegende Kenntnisse in Simulation, Konzeptionierung und Konstruktion konnten am Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) neue Maschinenkonzepte entwickelt, gefertigt und bereits eingesetzt werden. Hierzu zählen u.a. die Entwicklung einer neuartigen Prozesskammer mit höherer Vorheizung und neuer Kinematik zur Reduzierung von Verzug, ein innovatives Multimaterial-Beschichtungssystem für hybride Bauteile sowie der Einsatz von Seilkinematik für große Bauteile bei gleichzeitig erhöhter Mobilität der Anlage.

Additive Verfahrenskombinationen

Lupe
  • Fachgebiet für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
  • Ansprechpartner: Jan Düchting, M. Sc.
  • E-Mail: jan.duechting(at)iwf.tu-berlin.de

Die Additiven Fertigungsverfahren bieten ein hohes Einsatzpotenzial für metallische Bauteile aus schwer zerspanbaren Materialien. Dabei hat jedes Unterverfahren und jeder Hersteller seine Eigenheiten und nicht zuletzt Restriktionen in puncto Produktivität, Reproduzierbarkeit, Detailgenauigkeit und Oberflächengüte. Aufgrund der guten maschinellen Ausstattung am Produktionstechnischen Zentrum (PTZ), besteht die Möglichkeit der Kombination verschiedener Verfahren, um die jeweiligen Vorteile ausnutzen zu können. Untersucht werden dabei nicht nur die Produktivitätssteigerung, sondern vor allem die gegenseitige Beeinflussung der Verfahren und deren Auswirkungen auf die entstehenden Effekte in der Zwischenschicht. Die beiden wichtigsten, weil verbreitetsten, Verfahren der additiven Fertigung, das Laserstrahlschmelzen und das Laser-Pulver-Auftragschweißen, konnten dabei in einer kombinierten Prozesskette für eine Turbinenschaufel 60 % Zeiteinsparung gegenüber der reinen SLM-Fertigung erzielen. Das sehr genaue Laserstrahlschmelzen wurde dabei für die Fertigung der komplexen Strukturen des Tragflächenprofils genutzt und das produktive Laser-Pulver-Auftragschweißen zur Fertigung der Tannenbaum-Struktur. Die Beeinflussung der Gefügestruktur und Optimierung der Einflussgrößen ist Gegenstand aktueller Forschung.

Seilkinematik für FDM-Anlagen

Lupe
  • Fachgebiet für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
  • Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Simon Thom
  • E-Mail: simon.thom(at)iwf.tu-berlin.de

Der teils sehr begrenzte Bauraum in Zusammenhang mit geringer Maschinendynamik begrenzen den Einsatz herkömmlicher FDM-Anlagen auf den Heimgebrauch oder für kleine flexible Start-ups. Industriell interessant sind aber flexible, mobile System mit hohen Genauigkeiten für große Bauteile. Es existieren jedoch aktuell nur vereinzelt mobilitätszentrierte Konzepte für ortsveränderliche Maschinen. Die modulare Maschinenkinematik auf Basis von Seilen bietet das Potenzial der hohen Dynamik und flexibler Größenveränderlichkeit bei gleichzeitig kompakter Transportgröße zur Steigerung der Mobilität der Anlage. Am Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) wird mittels Simulation und Konstruktionsalgorithmen ein maßgeschneidertes Maschinenkonzept entwickelt. Dabei wird u.a. die Konzeptionierung des Strukturverhaltens analysiert und über Ableitung von Steuerungsalgorithmen die Positionierung des Druckkopfes realisiert.

Entwicklung innovativer Prozessführungen für verschiedenste Materialien beim Laserstrahlschmelzen

Lupe
  • Fachgebiet für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
  • Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Patrick John
  • E-Mail: patrick.john(at)iwf.tu-berlin.de

Beim Additive Manufacturing mittels Laserstrahlschmelzen müssen für jedes Material Parametersätze entwickelt werden um prozesssicher Bauteile fertigen zu können. Zusätzlich zu den Prozessparametern wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Fokuslage, Scanstrategie oder Spurabstand spielen maschinenbedingte Einflussfaktoren wie die erreichbare Temperatur der Bauplattform oder die Führung des Prozessgases eine wichtige Rolle für die erreichbare Bauteilqualität. Als primäres Kriterium hat sich die relative Bauteildichte durchgesetzt. Am Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) existieren unterschiedliche Maschinentypen mit verschiedenen Bauraumgrößen, Laserstrahlführungen oder erreichbaren Bauplattformtemperaturen. Hier können für diverse metallische Werkstoffe wie Kupfer, Titanlegierungen, Nickel- Basis Superlegierungen, usw. Parametersätze und Prozessführungen entwickelt werden, welche eine hohe Bauteilqualität gewährleiten, bei möglichst schneller Prozessführung. Die Überprüfung der Bauteilqualität wird durch innovative Messmethoden wie beispielsweise der Dichtemessung mittels Computertomographie (CT) realisiert.

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