Forschen auf Industrieniveau

Am 1. Januar 2018 wurde aus dem Laserzentrum Nord das Fraunhofer Institut für Additive Produktionstechnologien. Prof. Dr. Claus Emmelmann übernimmt die Leitung des Instituts und legt so den Grundstein für ein breit aufgestelltes Leistungsportfolio für Forschung und Entwicklung auf Industrieniveau in der Additiven Fertigung.

Zum Forschungsgebiet am Fraunhofer IAPT zählt auch die Evaluierung von Lattice-Strukturen hinsichtlich mechanischer Eigenschaften aber auch in Hinblick auf deren Herstellbarkeit.

Zum Forschungsgebiet am Fraunhofer IAPT zählt auch die Evaluierung von Lattice-Strukturen hinsichtlich mechanischer Eigenschaften aber auch in Hinblick auf deren Herstellbarkeit.

Die Additive Fertigung befindet sich in einer rasanten Wachstumsphase mit jährlichem Weltwachstum von über 30 %. Die Additive Fertigung gilt allgemein als Technologie für die nächste industrielle Revolution. Der mit dieser Technologie eng verbundene hohe Digitalisierungsgrad sämtlicher Wertschöpfungsstufen (Design, Prozess, Fabrik, 4.0) ermöglicht funktionsoptimale Produkte, die individuell dezentral für fast alle industriellen Branchen auf der Welt mit hoher ökologischer Nachhaltigkeit produziert werden können. Das Fraunhofer IAPT hat bereits Bauteile für die Luftfahrt, die Automobilindustrie, die Medizintechnik, den Maschinenbau und den Schienen- und Schiffbau entwickelt und gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft industrialisiert. Hierbei sind Turbinenteile, Flugzeugstrukturbautele, Hüft-Prothesen und seit neuestem Bremssättel für Supersportwagen von Bugatti bionisch designt und mit höchster Qualität z.B. in Titan generativ hergestellt worden. Das Fraunhofer IAPT, vormals die Laser Zentrum Nord GmbH ist für diese Entwicklungen mit zahlreichen nationalen und internationalen Preisen ausgezeichnet worden.

Zusammen mit seinem Team hat Claus Emmelmann einen XXL-Drucker mit einem Bauraumvolumen von stolzen 750 m3 realisiert (30 m x 5 m x 5 m). Möglich macht das ein Gantry-System mit drei Portalbrücken, auf denen ein robotergestützter Laser- und/oder Lichtbogenauftragskopf arbeiten.

Zusammen mit seinem Team hat Claus Emmelmann einen XXL-Drucker mit einem Bauraumvolumen von stolzen 750 m3 realisiert (30 m x 5 m x 5 m). Möglich macht das ein Gantry-System mit drei Portalbrücken, auf denen ein robotergestützter Laser- und/oder Lichtbogenauftragskopf arbeiten.

Die besondere Expertise des neuen Fraunhofer IAPT

Das IAPT beschäftigt sich mit der Entwicklung neuartiger Funktionalitäten für Funktionsbauteile für die Serie, die durch bionische Konstruktion möglich werden und zum Beispiel weniger Materialeinsatz, höhere Leitungseffizienz oder den ressourceneffizienten Einsatz dieser Bauteile erlauben. Neben dem Design für hohe Funktionswirkung, gerade in der Mechanik, Strömungsanwendungen, Thermodynamik, Hydraulik, und Pneumatik, beschäftigt sich das IAPT mit Qualtitätssicherungsmethoden für die geometrische und werkstoffspezifische Zertifizierung, der Entwicklung von neuen Prothesen, Materialien und Maschinenkonzepten der Fabrikentwicklung und -planung sowie den digitalen Zwilling für die gesamte Wertschöpfung und deren Steuerung über die Cloud. Emmelmann erklärt: „Über diese Expertise verfügen die IAPT-Experten weltweit einzigartig und sind in der Lage, mit einem großen Maschinenpark mit verschiedensten Technologien in Kunststoff- und Metallwerkstoffen höchste Qualitäten für hoch beanspruchte Bauteile zu produzieren. Die hierfür notwendigen Kompetenzen werden in einer weltweit führenden Akademie an Industriepartner vermittelt“.

Das Fraunhofer IAPT verfügt über eine breit gefächerte Maschinenausstattung für die Verfahrensübergreifende Forschung.

Das Fraunhofer IAPT verfügt über eine breit gefächerte Maschinenausstattung für die Verfahrensübergreifende Forschung.

XXL System

Zusammen mit seinem Team hat Claus Emmelmann einen Bauraum mit einem Volumen von stolzen 750 m3 realisiert (30 m x 5 m x 5 m). Möglich macht das ein Gantry-System mit drei Portalbrücken, auf denen ein robotergestützter Laser- und/oder Lichtbogenauftragskopf arbeiten. Damit ließen sich mit sechs Robotern Aufbauraten von ca. 50 kg/h im Lichtbogenverfahren und 3 kg/h im lasergestützten additiven Auftragsprozess, etwa mit Titan, erreichen. Erste Projekte laufen derzeit mit der Luftfahrt- und Schiffbauindustrie – mit im Fraunhofer IAPT entwickelter, integrierter sowie zertifizierbarer Qualitätsdiagnose und -regelung. Das IAPT wird mit diesem XXL-Drucker auch Kunststoffe wie Ultem, PPA, PPS, PA und faserverstärkte Composite-Materialien im Schmelzschichtverfahren verarbeiten.

Auch in der Optimierung von Strömungsanwendungen, wie Ventilblöcken, zeigt das Fraunhofer IAPT seine Leistungsfähigkeit.

Auch in der Optimierung von Strömungsanwendungen, wie Ventilblöcken, zeigt das Fraunhofer IAPT seine Leistungsfähigkeit.

Herausforderungen in der Qualitätssicherung

„Die herausragenden Materialeigenschaften können wir im Fraunhofer IAPT durch eigens entwickelte Qualitätsdiagnosemethoden für statische und dynamische Anwendungen zertifizierbar nachweisen. Wir vereinen hier die umfassenden Kompetenzen der Qualitätssicherung mit den Anforderungen der industriellen Anwender. Unsere Spezialisten haben das Ziel die neuesten Forschungserkenntnisse der Additiven Fertigung in branchenübergreifende Qualifizierungsmethoden einzubetten. Somit können wir Unternehmen der Additiven Fertigung über den Stand der Technik hinaus beraten und für die zukünftigen Herausforderungen im Bereich der Qualifizierung vorbereiten“, berichtet Emmelmann.

Dazu entwickelt das Fraunhofer IAPT fortschrittliche Sensoriksysteme und Datenauswertungsverfahren, mit denen bereits während des Generierprozesses Aussagen über die qualitätskritischen Eigenschaften eines Bauteiles getroffen werden können, was den Herstellprozess als Ganzes erheblich beschleunigt und nachhaltig absichert.

„Die Additive Produktion umfasst weitaus mehr als die Generierung des eigentlichen Bauteils. Die von uns entwickelten Methoden zur Qualitätssicherung entlang der gesamten Prozesskette reichen von der Prüfung der Tauglichkeit des Pulvers über die Prozessüberwachung bis hin zur Berücksichtigung der branchenspezifischen Normen. Beispielsweise können wir mithilfe des Dichteanalyseverfahrens und µ-CT-Scans die innere Bauteilqualität untersuchen und neuartige Baustrategien sowie Materialien bewerten. Zusätzlich können wir jedes Bauteil hinsichtlich statischer und dynamischer Materialkennwerte in einer neuartigen, effizienten Prüfmethode analysieren und damit die gesamte Prozesskette qualifizieren und zertifizieren“, so Emmelmann weiter.

Das Fraunhofer IAPT entwickelt fortschrittliche Mess- und Qualifizierungsverfahren, mit denen Aussagen über die qualitätskritischen Eigenschaften eines Bauteiles getroffen werden können.

Das Fraunhofer IAPT entwickelt fortschrittliche Mess- und Qualifizierungsverfahren, mit denen Aussagen über die qualitätskritischen Eigenschaften eines Bauteiles getroffen werden können.

Part Screening

„Unser spezielles Machbarkeitsscreening kombiniert technische und wirtschaftliche Aspekte, um für unsere Kunden geeignete Anwendungen für die Additive Produktion zu identifizieren. Auf Basis der Daten des Kunden prüfen unsere Experten hierbei die Möglichkeit der technischen Umsetzung. Um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, vergleicht unsere cloudbasierte Plattform konventionelle Herstellungsmethoden und Losgrößen mit den Ergebnissen der Additiven Produktion für eine fundierte Aussage“, beschreibt der Institutsleiter dieses Leistungsangebot.

Das Micro-Laserauftragsschweißen ist eine AM-Disziplin, die nur von wenigen Unternehmen beherrscht wird.

Das Micro-Laserauftragsschweißen ist eine AM-Disziplin, die nur von wenigen Unternehmen beherrscht wird.

Additive Fabrikplanung

Die additive Produktion ist der Schlüssel, um auch im Zuge der Digitalisierung wettbewerbsfähig zu bleiben. Eine leistungssteigernde Integration in eine bestehende Produktion sowie der komplette Neuaufbau ganzer 3D-Druck-Fabriken mit digitaler Einbindung des Kunden bis zur Qualitätssicherung und Logistik. stellen für ein Unternehmen einen zukunftsweisenden Schritt dar. Das modulare Leistungsspektrum des Fraunhofer IAPT ermöglicht mittels individueller Analyse und Simulation die bestmögliche Integration in das jeweilige Geschäftsmodell. Hierbei kann der Leistungsumfang komplett an die Bedürfnisse des Unternehmens angepasst werden.

Neben zahlreichen Ausgründungen aus dem ehemaligen LZN (heute Fraunhofer IAPT), ist insbesondere Bionic Production AG strategischer Kooperationspartner, um industrielle digital integrierte additive Produktion in einer Bionic Smart Factory 4.0 als Benchmark kundenspezifisch zu entwickeln und entsprechend die Forschung nachhaltig und zielorientiert zu befruchten.

Neben Verfahrensoptimierung steht auch die Qualifizierung von Materialien und Prozessen im Mittelpunkt der Forschung.

Neben Verfahrensoptimierung steht auch die Qualifizierung von Materialien und Prozessen im Mittelpunkt der Forschung.

Additive Academy

Die Additive Academy ist die Weiterbildungseinrichtung des Fraunhofer IAPT. Die Themengebiete decken das komplette Spektrum des industriellen Einsatzes der Additiven Produktion ab. Das Weiterbildungsangebot richtet sich an Mitarbeiter technologiegetriebener Unternehmen von Konstruktionsingenieuren über technologische Fachkräfte bis hin zu strategischen Entscheidern. Hierbei kann zwischen eintägigen Crashkursen bis hin zu mehrtägigen individuellen Trainings gewählt werden.

In der Additive Alliance treffen sich die führenden Unternehmen im Bereich der additiven Produktion zu Industriearbeitskreisen, um in regelmäßigen Workshops zentrale Themen zu diskutieren und weiterzuentwickeln. Weiters bietet sich den Mitgliedern die Möglichkeit, von den Erfahrungen aller Teilnehmer branchenübergreifend zu profitieren, gemeinsam praxisrelevante Lösungen zu erarbeiten und so deutlich schneller die Lernkurve auf den Weg in die Additive Produktion zu durchlaufen. Die Mitglieder können sich miteinander vernetzen und gemeinsam ermittelten Forschungs- und Entwicklungsbedarf zusammen mit dem IAPT mit öffentlicher Zuwendung effizient decken und ggfs. neue Alleinstellungsmerkmale für das Unternehmen erschließen.

Der erste Industriearbeitskreis zum 3D-Druck in Europa beschäftigt sich seit sechs Jahren mit der Vernetzung von AM Pionieren, mit dem Ziel Marktführer in Zukunft ressourceneffiziente Produkte durch kosten- und zeitminimierten 3D-Druck in smarten Fabriken zu realisieren.

formnext Halle 3.0, Stand G69

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