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Rapid.Tech 2016 Metallische Bauteile additiv fertigen

Redakteur: Kathrin Schäfer

Metallische Bauteile wie Instrumente oder individuelle Implantate aus Metall additiv zu fertigen, ist für die Medizintechnik ein zentrales Thema. Zum aktuellen Stand der Technik gibt es auf der Rapid.Tech 2016 jetzt neu ein Forum 3D Metal Printing.

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Die Rapid.Tech ist eine Mischung aus Fachmesse ...
Die Rapid.Tech ist eine Mischung aus Fachmesse ...
( Messe Erfurt)

Zahlreiche Anwendungen, beispielsweise aus der Medizintechnik, verdeutlichen, dass additive Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Serienteilen völlig neue Möglichkeiten hinsichtlich Produktdesign, Effizienz, Geschwindigkeit und Flexibilität bieten. Es ist daher nicht verwunderlich, dass immer mehr Unternehmen den industriellen Einsatz von AM-Technologien (Additive Manufacturing) evaluieren. In der Serienfertigung werden jedoch deutlich höhere Ansprüche gestellt als bei der Prototypenherstellung.

„Für die Industrialisierung sind die IT-Integration, durchgängige Prozesse vom Entwurf bis zum fertigen Teil sowie die Reproduzierbarkeit der Herstellung grundlegende Voraussetzungen“, erklärt Helmut Zeyn, Business Development Additive Manufacturing bei der Siemens Industry Software GmbH.

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Additive-Manufacturing-Prozesse in eine bestehende Fertigung integrieren

Diese Herausforderungen thematisiert der AM-Experte in seinem Keynote-Vortrag am ersten Veranstaltungstag der diesjährigen Rapid.Tech in Erfurt. Darüber hinaus stellt Zeyn Entwicklungen vor, mit denen bei der Integration von AM-Prozessen in eine bestehende Fertigung die Anforderungen einer modernen Serienproduktion hinsichtlich Prozesssicherheit, Prozessüberwachung, Nachverfolgbarkeit und Datenaustausch effizient erfüllt werden können.

Metallische Bauteile mit Hohl- und Gitterstrukturen konstruieren

Im Anschluss an den Keynote-Vortrag beginnen die verschiedenen Fachforen. Im erstmals durchgeführten Forum 3D Metal Printing beleuchtet der Einstiegsvortrag von Jannis Kranz, Materialise, die Möglichkeiten bei der Konstruktion metallischer Bauteile mit beispielsweise Hohl- und Gitterstrukturen sowie Auskragungen. Anhand erfolgreicher Anwendungen demonstriert er, dass die Auslegung metallischer Bauteile nicht mehr länger von den Restriktionen der Fertigungstechnologie, sondern der Bauteilfunktionalität geleitet wird – vorausgesetzt Entwickler sind sich der Gestaltungsfreiheit der AM-Technologien und der daraus resultierenden Möglichkeiten bewusst und wenden diese gezielt an.

Wasserverdüsung versus Gasverdüsung

Simon Höges, GKN Sinter Metals Engineering GmbH, stellt mit der Wasserverdüsung eine wirtschaftlichere Alternative zur konventionell eingesetzten Gasverdüsung metallischer Pulver vor. Es werden die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von mittels Laserschmelzen hergestellten Bauteilen aus wasserverdüstem Edelstahl 316L-Pulver mit denen aus gasverdüstem Pulver verglichen. Der Vortrag zeigt auf, dass die Wasserverdüsung in Kombination mit den jüngsten Entwicklungen für eine erhöhte Prozessgeschwindigkeit das Anwendungspotenzial für die Serienproduktion metallischer, 3D-gedruckter Teile signifikant erhöht.

Dazu trägt auch das kontinuierlich erweiterte Angebot an Metall-Pulvern bei. So thematisiert der Vortrag von Dr.-Ing. Matthias Gieseke, Laserzentrum Hannover e.V., das selektive Laserstrahlschmelzen (SLM) des ersten Magnesiumpulvers Elektron MAP 43 für Leichtbaukonstruktionen. Er stellt die Ergebnisse einer Untersuchung vor, in der geeignete Partikelgrößen und Verarbeitungsparamter sowie Aufbaustrategien ermittelt wurden, um Probebauteile mit einer Dichte größer 99 Prozent herzustellen.

Herausforderungen und Lösungsansätze der additiven Fertigung mit Metallen in der Produktion thematisiert Oliver Kaczmarzik, Concept Laser GmbH. Dies reicht von der Erhöhung der Produktivität durch den Einsatz mehrerer modular miteinander kombinierter AM-Anlagen und automatisierter Prozesse über die physikalische Trennung von Bauvorgang und Bauvor- beziehungsweise -nachbehandlung bis hin zur Integration von AM-Maschinen nach dem Industrie 4.0-Standard.

Medizinische Serienteile mittels Elektronenstrahlschmelzen herstellen

Sowohl in der Medizintechnik als auch in der Luftfahrt wird das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) für die Herstellung von Serienteilen eingesetzt. Die dabei zunehmende Forderung nach Lösungen für die Prozess- und Qualitätsüberwachung beantwortet die schwedische Arcam AB mit Entwicklungen, die Patrik Ohldin präsentiert. Dazu zählen unter anderem eine hochauflösende Kamera sowie ein Röntgensensor, die in die Q-Systeme des Unternehmens integriert sind. Die Kamera macht zur Qualitätsbewertung jeder hergestellten Schicht Aufnahmen des gesamten Pulverbett-Aufbaubereiches nach dem Schmelzen. Der Röntgensensor kann Strahlparameter wie Position, Fokus und Strahlform mit hoher Genauigkeit bestimmen.

Eine weitere Neuentwicklung stellt Clemens Lieberwirth, Lehrstuhl für Fluidtechnik und Mikrofluidtechnik an der Universität Rostock, mit einem extrusionsbasierten additiven Verfahren für die Herstellung dichter Metallteile (Composite Extrusion Modeling – CEM) vor. Es besteht aus zwei Phasen – dem additiven Aufbau von Grünteilen aus Metallspritzgussgranulaten und dem Sintern der Teile im industriellen Prozess – und zeichnet sich im Vergleich zu pulverbasierten Verfahren durch einfaches Materialhandling und gute Kosteneffektivität aus.

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