Multidirektionale Additive Fertigung
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Motivation
Die Additive Fertigung – bekannt als 3D Druck – unterliegt einer Vielzahl von Restriktionen, bedingt durch den 2,5-dimensionalen schichtweisen Aufbau von Bauteilen. Diese Restriktionen machen den Aufbau von Bauteilen mit Überhängen und Hohlräumen nur durch Stützstrukturen möglich, führen zu inhomogenen Bauteileigenschaften und machen das Bedrucken von bereits bestehenden komplexen Oberflächen nahezu unmöglich. Die Nachteile erstrecken über die Additive Fertigung mit Kunststoff hinaus auf die Metallbearbeitung. Insbesondere Schweißverfahren mit Drahtzuführung unterliegen großen Einschränkung.
Dies motiviert die Forschungsarbeiten am IGMR den klassischen 3D-Druck durch mehr Freiheitsgrade auszustatten um einen restriktionsfreie Additive Fertigung unter Zuhilfenahme der Robotik zu ermöglichen.
Ziel
Die am IGMR erforschte Multidirektionale Additive Fertigung soll durch Anpassung der gesamten Prozesskette der additiven Fertigung die restriktionsfreie additive Fertigung sowohl im klassischen Fused Deposition Modeling, kurz FDM, Verfahren mit Kunststoff, als auch für das metallische Auftragsschweißen ermöglichen und optimieren. Ziel ist die Herstellung von Bauteilen mit angepassten und individualisierten Eigenschaften und Funktionen.
Vorgehen
Die am IGMR erforschte Multidirektionale Additive Fertigung zeichnet sich durch einen feststehenden Druckkopf beziehungsweise Schweißkopf aus. Die Druck- oder Substratplatte wird am End‑Effektor eines Roboters befestigt. Durch Manipulation des Bauteils in und um alle Raumrichtungen, wird der restriktionsfreie Aufbau ermöglicht.
Um den Fertigungsprozess zu ermöglichen wird entlang der gesamten Prozesskette der Additiven Fertigung geforscht. Beginnend beim sogenannten Slicing, das auf die multidirektionalen Anforderungen angepasst werden muss, über eine Pfadplanung, die eine optimale Ausführung durch den Roboter ermöglicht, bis hin zur Trajektorien-Planung und Prozessdurchführung.
Die Fertigungsprozesse werden an Prüfständen des IGMR für den multidirektionalen FDM Druck und am Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik an der RWTH Aachen für das multidirektionale WAAM Verfahren erprobt.
Ebenfalls in Zusammenarbeit mit dem ISF wird im DFG geförderten Forschungsprojekt „Kinematische Schmelzbadbeherrschung für die additive Fertigung mit Hochleistungswerkstoffen im Lichtbogenschweißverfahren“ an der Umsetzung der endkonturnahen und damit ressourcenschonenden Fertigung von Bauteilen aus Hochleistungswerkstoffen geforscht.