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Additive Fertigungsverfahren

Team:
Frieder Heieck (Gruppenleiter), Joachim Greiner, Tristan Schlotthauer, Marlies Springmann

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Herstellung dreidimensionaler Objekte direkt auf Basis eines digitalen Modells, ohne dass Werkzeuge dafür notwendig sind. Die meisten Verfahren nutzen das Prinzip des schichtweisen Aufbaus, bei dem ein Objekt in einzelne Schichten mit diskreter Dicke unterteilt wird (das sog. „Slicen“). Dies ermöglicht den Aufbau äußerst komplexer Geometrien, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht möglich sind (bspw. die „Kugel in einer Kugel“). Auch wenn das Grundprinzip ähnlich ist, so unterscheiden sich die verschiedenen Herstellungsverfahren erheblich hinsichtlich der verwendeten Werkstoffe und Prozesstechnologien. Die am häufigsten eingesetzten Verfahren sind heute Fused Filament Fabrication (FFF, Verarbeitung von Thermoplastfilamenten mittels Düsenextrusion), das selektive Laser-Sintern (SLS, Verarbeitung von Kunststoff-Pulver mittels Laser) bzw. das selektive Laserschmelzen (SLM, Verarbeitung von Metallpulver mittels Laser) sowie die Stereolithografie (SL, Verarbeitung von photosensitiven Reaktionsharzen mittels Lichtquelle).

Abbildung 1 – Additive Fertigungsverfahren verwenden das Prinzip des schichtweisen Aufbaus eines 3D-Objekts mit verschiedenen Ausgangsmaterialien und Prozessen.

Am IFB stehen sowohl Anlagen zur Stereolithografie- (UV-Harze), dem selektiven Laser-Sintern (PA12) als auch zur Filamentextrusion (PLA, ABS, …) zur Verfügung, die für studentische Seminare, Forschungsarbeiten und Industriekooperationen zum Einsatz kommen. Ziel ist es, additive Fertigungsverfahren als Meilenstein in der Produktionstechnologie für Leichtbau-Anwendungen weiterzuentwickeln und einzusetzen, so dass funktionsintegrierte Komponenten mit minimalen Materialeinsatz realisiert werden können.

 

Abbildung 2 - Verfügbare Verfahren zur Herstellung additiv gefertigter Bauteile (v.l.n.r.: Stereolithografie (SL), Selektives Laser-Sintern (SLS), Fused Filament Fabrication (FFF)

Forschungsfragen die am Institut für Flugzeugbau behandelt werden betreffen die Optimierung der Materialeigenschaften, die Kombination Additiver Fertigung mit konventionellen Produktionstechnologien (bspw. Spritzguss) und der Faserverbundtechnologie, sowie die gestalterische Optimierung von Strukturen unter Berücksichtigung der fertigungsspezifischen Anisotropie der erzeugten Werkstoffe. Insbesondere die Verbindung mit dem Faserverbund-Know-How eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften für strukturelle Leichtbauapplikationen in der Luftfahrt, dem Automobilbau und anderen Industriebereichen.

Interessierte Studenten können Additive Fertigungsverfahren als Teil der Vorlesung „Werkstoffe und Fertigungsverfahren für die Luftfahrt“ oder über das praktisch orientierte Seminar „Additive Fertigungsverfahren“ kennenlernen. In letzterem werden die Grundlagen verschiedener AF-Verfahren gelehrt und das Wissen anhand einer Leichtbaukomponente konstruktiv und experimentell umgesetzt.

 

Abbildung 3 - Herstellung von Zugprüfkörpern mittels Stereolithografie-Verfahren (SL)