Die additive Herstellung von Bauteilen eröffnet viele konstruktive Möglichkeiten. So sind beispielsweise Hohlräume, Innenstrukturen oder eine komplexe Geometriegestaltung realisierbar. Durch den additiven Aufbau aus dem Pulverbett mittels Laserstrahlschmelzen ergeben sich jedoch auch einige Herausforderungen. Durch den hohen Wärmeeintrag seitens des Lasers kommt es, je nach Positionierung und Orientierung der Bauteile auf der Bauplatte zu thermischem Verzug. Zusätzlich bewirkt der additive Aufbau den Treppenstufeneffekt, der eine geringe Oberflächenqualität zur Folge hat. Die genannten Herausforderungen erschweren die additive Herstellung von Serien- und Massenbauteilen, da jedes Bauteil individuelle Formabweichungen aufweist. Durch eine anschließende spanende Nachbearbeitung können diese Probleme gelöst werden, jedoch gilt es auch bei der spanenden Nachbearbeitung jedes Bauteil als individuelles Einzelstück anzusehen und die spanende Nachbearbeitung effizient zu gestalten.

Vorgehensweise und Zielsetzung

Im Rahmen des Forschungsprojektes ShapeAM werden beide Produktionsschritte, die additive Herstellung und die spanende Nachbearbeitung, hinsichtlich ihres Potenzials zur industriellen Effizienzsteigerung untersucht. Im Fokus auf additiver Seite steht die Optimierung des Laserstrahlschmelzprozesses bezüglich Stahl und einer Nickelbasis Superlegierung. Hierbei soll durch gezielte Vordeformation, basierend auf Simulationsergebnissen, durch eine Parameteranpassung und durch eine nachfolgende thermische Nachbehandlung die Verformung der Bauteile reduziert werden. Im Rahmen der spanenden Nachbearbeitung werden die Bearbeitungsprozesse Fräsen und Gleitschleifen untersucht. Dabei wird eine Prozesskette vom Additivbauteil bis zum Fertigteil definiert und weitestgehend automatisiert. Anschließend werden notwendige Bearbeitungszugaben ermittelt und in ein CAD (Computer Aided Design) / CAM (Computer Aided Manufacturing) Programm implementiert. Zudem ist die Werkzeugauslegung speziell für das Fräsen von Additivwerkstoffen Teil dieses Arbeitspaketes. Die generierten Ergebnisse werden validiert und hinsichtlich ihrer technischen Umsetzbarkeit und ihrer Wirtschaftlichkeit bewertet. Zusätzlich werden die Ergebnisse aus dem Projekt ShapeAM mittels Bewertungs- und Maßnahmenkatalogen zur industriellen Verfügung bereitgestellt.

Dank

Ein besonderer Dank gilt an dieser Stelle der Bayerischen Forschungsstiftung für die Förderung des Forschungsprojektes (AZ-1307-17).