Additive Fertigung

Wie funktioniert die Additive Fertigung?  

Additive Fertigung umfasst eine Vielzahl an Einzelschritten. Die Wesentlichen sind die Folgenden:

Pre-Processing

Das Pre-Processing umfasst die notwendigen Einzelschritte zur Vorbereitung des eigentlichen Fertigungsprozesses.

Typischerweise beginnt das Pre-Processing mit der Designphase, in der 3D-Modelle unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen von Additiver Fertigung erstellt werden. Dabei werden wichtige Aspekte wie die Werkstoffauswahl, die Objektgeometrie und die Platzierung von Stützstrukturen festgelegt. Anschließend wird das 3D-Modell mit einer Slicing-Software in horizontale Schichten zerlegt und die entsprechenden Prozessparameter werden festgelegt. Mit entsprechender Fachkenntnis ist es so möglich, das individuell beste Ergebnis für das Modell zu erzielen und ein optimales Verhältnis zwischen Druckqualität, Druckzeit und den mechanischen Eigenschaften des späteren Bauteils zu erzielen oder bestimmte Eigenschaften gezielt zu steuern.

Processing

Das Processing, d. h. der eigentliche Druckprozess, beginnt nach der Vorbereitung und Konfiguration des Druckers basierend auf den zuvor festgelegten Parametern.

Hierbei wird der ausgewählte Werkstoff – sei es Kunststoff, Metall, Harz, o. ä. – schichtweise aufgetragen, um das physische Objekt aufzubauen. Die Technologie, die hierbei zum Einsatz kommt, variiert je nach Verfahren: Beim Fused Filament Fabrication (FFF) wird das Material durch eine erhitzte Düse extrudiert, bei der Stereolithographie (SLA) wird ein flüssiges Harz durch einen UV-Laser ausgehärtet, und beim Powder Bed Fusion (PBF) wird Metallpulver mittels Laser geschmolzen. Jedes dieser Verfahren hat seine eigenen spezifischen Vorteile und Herausforderungen, die sich auf den Produktionsprozess auswirken, einschließlich der erforderlichen Überwachung und Steuerung während des Druckvorgangs.

Post-Processing

Nach der Fertigung des Bauteils folgt die Phase des Post-Processing.

Da hier Faktoren wie Qualität, Funktionalität und Ästhetik des fertigen Produkts entscheidend beeinflusst werden können, ist das Post-Processing von entscheidender Relevanz für das fertige Produkt. Durch Nachbearbeitungsschritte wie die gründliche Reinigung des Bauteils, das Entfernen von Stützstrukturen, oder auch diverse Oberflächenbehandlungen wird sichergestellt, dass das Produkt nicht nur technisch einwandfrei funktioniert, sondern auch optisch ansprechend ist.

Additive Fertigungsverfahren

Am Fraunhofer IPK beschäftigen wir uns intensiv mit der Additiven Fertigung und nutzen dabei eine Vielzahl von Verfahren, um die unterschiedlichsten Anforderungen und Anwendungsbereiche abzudecken. Von Fused Filament Fabrication (FFF) über Directed Energy Deposition (DED) und Digital Light Processing (DLP) bis hin zu Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) – wir verfügen über das notwendige Know-how und die Ausrüstung, um gemeinsam mit Ihnen Projekte erfolgreich umzusetzen.

Vorteile Additiver Fertigung

Was unterscheidet additive und konventionelle Fertigung?

Auch hybride Verfahren sind denkbar und werden bereits eingesetzt: Bestimmte additive Technologien können auf vorhandene Bauteile aufbauen und so die Vorteile beider Welten kombinieren. Auch für Reparaturen können sich additive Verfahren eignen. Gerade hier können vorhandene Fehlstellen nicht nur ersetzt, sondern zum Teil durch neue Geometrien optimiert werden.

Ein weiterer Unterschied betrifft die Gestaltungsfreiheit in der additiven Fertigung: Die fertigungsgerechte Gestaltung in der konventionellen Bearbeitung verhindert z. B. Hohlräume, Hinterschneidungen, innenliegende Strukturen und komplexe Kanäle. Für additive Verfahren sind solche Geometrien hingegen prädestiniert. Der schichtweise Aufbau führt andererseits jedoch zu neuen Einschränkungen, die beim Bauteilentwurf beachtet werden müssen, wie z. B. der sogenannte Überhangwinkel. Dies erfordert eine grundlegend neue Denkweise in der Entwicklung, erschließt aber gleichzeitig einzigartige und innovative Möglichkeiten.

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