Abteilung Additive Fertigung

Die Additive Fertigung ist eine Schlüsseltechnologie bei der Digitalisierung der Produktionstechnik. Schließlich ermöglicht kein anderes Fertigungsverfahren einen derart stringenten und direkten Weg vom digitalen CAD-Modell zum physischen Bauteil. Formen und Werkzeuge entfallen, sodass mithilfe der Additiven Fertigung flexibel und schnell auf Änderungen reagiert werden kann sowie eine wirtschaftliche Individualisierung von Massenprodukten ermöglicht wird. Zusätzlich eröffnet die Additive Fertigung durch die schichtweise Erzeugung von Bauteilen bisher ungekannte Möglichkeiten für die Topologieoptimierung und Funktionsintegration.  

Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des iwb befassen sich forschungsseitig mit der Verarbeitung von metallischen Werkstoffen. Zum Verfahrens-Portfolio zählen im Wesentlichen das pulverbettbasierte Schmelzen von Metallen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M, engl.: Powder Bed Fusion of Metals Using a Laser Beam) und die lichtbogen- und drahtbasierte Additive Fertigung (WAAM, engl.: Wire Arc Additive Manufacturing). Komplettiert wird die Ausstattung am iwb durch innovative Eigenbau-Anlagen und Anlagen zur Verarbeitung von Kunststoffen. Letztere werden hauptsächlich in der Lehre oder bei der Fertigung von Prototypen eingesetzt. Die methodischen Kernkompetenzen der Abteilung Additive Fertigung umfassen die Prozessentwicklung, die Prozesssimulation auf unterschiedlichen Betrachtungsskalen und die Prozessüberwachung. Ergänzend hierzu bestehen Kompetenzen im Bereich der spanenden Nachbearbeitung von additiv gefertigten Bauteilen, welche zusammen mit der Abteilung Werkzeugmaschinen aufgebaut wurden.

Leitung der Abteilung: Siegfried Bähr

Die Forschungsschwerpunkte

Forschungsfeld Bauteil- und Prozessauslegung

Im Forschungsfeld Bauteil- und Prozessauslegung beschäftigen sich die Mitarbeitenden mit übergeordneten Fragestellungen, die sich durch den Einsatz der Additiven Fertigung in Produktionssystemen ergeben. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der Erfassung und Beschreibung der grundlegenden Wirkzusammenhänge bei den additiven Fertigungsprozessen unter der Anwendung von Prozessbeobachtung und -überwachung. Zudem werden die Wechselwirkungen und Interaktionen des additiven Fertigungsprozesses mit vor- und nachgelagerten Prozessen in der Prozesskette betrachtet. Dazu zählen beispielsweise die Adaption additiver Fertigungsprozesse zur Fertigung medizinischer Implantate und dämpfender Mikrostrukturen oder die Modifikation der Prozesse unter Berücksichtigung des Prozessgaseinflusses. Außerdem werden Methoden der Topologieoptimierung zur anwendungsgerechten Auslegung von Strukturbauteilen behandelt.

Forschungsfeldleitung: Felix Riegger

Forschungsfeld Bauteil- und Prozesssimulation

Unter Ausnutzung numerischer Methoden untersuchen die Mitarbeitenden des Forschungsfeldes der Bauteil- und Prozesssimulation, wie sich additive Fertigungsprozesse simulativ abbilden lassen. Dabei wird zum einen die anwendungsorientierte Analyse auf Bauteilebene, wie die Beherrschung des Bauteilverzugs und -versagens, adressiert. Zum anderen werden Mechanismen auf der Meso- und Mikro-Ebene untersucht – darunter die Entstehung von Schrumpflinien oder die Ausbildung der Gefügestruktur. Außerdem beschäftigen sich die Mitarbeitenden des Forschungsfeldes mit der effizienten Prädiktion des Bauteilstrukturverhaltens. Dabei soll das Design von Additiv-Bauteilen prozessorientiert verbessert werden. In einem weiteren Themenfeld wird die Topologieoptimierung zur Bewertung der Bauteilqualität (Kraftfluss, Massenoptimierung) verwendet.

Forschungsfeldleitung: Hannes Panzer

 

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Ausstattung im Bereich Additive Fertigung

Anlagen zum pulverbettbasierten Schmelzen von Metallen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M):

  • EOS M400-1
  • EOSint M280
  • Trumpf TruPrint 2000 (Multilaser-System)
  • Realizer SLM 250 HL
  • LBM-Testbett (Eigenbau-Anlage zur detaillierten Schmelzbaduntersuchung)

Anlagen zur lichtbogen- und drahtbasierten Additiven Fertigung (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM):

  • Schweißsystem Fronius CMT-Advanced 4000
  • Schweißsystem Fronius TPS 400i
  • Sechs-Achs-Roboter Kuka KR15/6 mit Steuerung KRC
  • Sechs-Achs-Roboter Yaskawa Motoman MH24 mit Zwei-Achs-Positionierer DK250 und Steuerung DX200
  • Mobile Umhausung inkl. Absaugung

 

 

 

Anlagen zur additiven Fertigung von Kunststoffen:

  • Kunststoff-Laser-Sinter-System EOS FORMIGA P 100
  • Fused-Filament-Fabrication-System Ultimaker Original+ (2x)
  • Fused-Filament-Fabrication-System Creality3D Ender 3 (3x)
  • Fused-Filament-Fabrication-System MakerBot Replicator 2x (8x)

Geräte zur Prozessüberwachung:

  • Hochgeschwindigkeitskamera Chronos 1.4
  • Thermographiekamera Infratec ImageIR 8300
  • Hochgeschwindigkeits-Thermographiekamera Flir x6901sc
  • 3D-Digitalisierer Steinbichler COMET L3D (2M)

 

 

 

 

Anlagen zur Analytik und Auswertung:

  • Konfokales 3D Laserscanning-Mikroskop VK-X1000
  • 3D-Profilometer VR-3000
  • Zugprüfmaschine Zwick Roell Z050
  • Präzisions-Härteprüfgerät LECO LM 100AT
  • Makro-Vickers-Härteprüfgerät Wilson VH1150
  • Stereomikroskop Nikon SMZ1500
  • Auflichtmikroskop Nikon MM40
  • Rheometer Malvern Panalytical Kinexus Lab+
  • Metallographie-Labor mit Ausstattung der Firma Bühler

 

Die Labore für Additive Fertigung am iwb

Mit dem 2018 neu entstandenen und innovativen Zukunftslabor für Additive Fertigung am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TUM unterstützt die Abteilung „Additive Fertigung“ Unternehmen bei der Bewältigung aktueller und zukünftiger Herausforderungen im 3D-Druck.

Auf mehr als 150m² entwickeln die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Lösungsstrategien für die effiziente Produktion von Morgen. Das Team der „Additiven Fertigung“ untersucht dafür gemeinsam mit Ihnen als Projektpartner aktuelle Fragestellungen zum individuellen Einsatz der Additiv-Technologien - wissenschaftlich und problemorientiert.