Ein prägendes Patent: 25 Jahre metallischer 3D-Laser- Druck
Eine Drohne schwebt am Himmel über dem Aachener Fraunhofer-Institut für
Lasertechnik ILT und filmt 50 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus dem
Bereich »Laser Powder Bed Fusion (LPBF)«. Sie stehen zusammen und bilden
die Ziffer 25. Das Jubiläum zum LPBF-Basispatent ist der Anlass für einen
Video-Clip: Vor 25 Jahren arbeitete nur ein Forscher des Fraunhofer ILT
aktiv in diesem Bereich. Im Jahr 1996 wurde das Patent zum metallischen
3D-Laser-Druck eingereicht. »Ein guter Anlass für einen Rück- und Ausblick
zu unserer Technologie«, freut sich Jasmin Saewe. Sie ist seit einigen
Monaten Leiterin des Kompetenzfelds LPBF am Fraunhofer ILT. Heute zählt
sie rund 50 Mitarbeitende und Studierende.
Die Erfinder des Verfahrens, Wilhelm Meiners, Andres Gasser und Kurt
Wissenbach stehen vor einem kleinen Transportwagen: »Gestartet sind wir im
Prinzip mit meiner halben Stelle«, erzählt Meiners - heute Experte bei
TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH - lächelnd und schaut vor sich auf
die allererste LPBF-Maschine des Fraunhofer ILT.
Schichtweise wird das Metallpulver mittels Rakel aufgetragen. In jedem
dieser Arbeitsgänge wird der Laserstrahl entlang berechneter Bahnen über
das Pulverbett verfahren. Durch das Aufschmelzen des Metallpulvers wird
das Werkstück Schicht um Schicht in der vorgesehenen Form gefertigt.
Meiners erinnert seine Mitstreiter und lächelt: »Niemand hat daran
geglaubt – nur wir - dass aus unserer Entwicklung etwas Brauchbares werden
kann!«
Das LPBF-Verfahren bietet die Möglichkeit, komplexe Funktionsbauteile
ressourceneffizient und wirtschaftlich herzustellen. Die Fertigungskosten
hängen dabei weniger von der Komplexität der Geometrie ab, sondern
hauptsächlich vom Volumen des Bauteils. Das Besondere an der Idee damals:
auf anwendungs-interessante Werkstoffe zu setzen, wie z.B. Cobalt-Chrom-
Legierungen für Dentalimplantate und daran den Prozess anzupassen. Das
LPBF-Verfahren findet heute breite industrielle Anwendung beim
Turbomaschinen- und Automobilbau, über die Luft- und Raumfahrt, bis hin
zur Medizintechnik. Im Jahr 2019 wird der globale Markt für Additive
Fertigung von Metallen einschließlich System-, Material- und
Dienstleistungsumsatz auf rund 2 Mrd. € geschätzt. Dabei ist LPBF heute
mit über 80 Prozent die dominierende Technologie auf dem Markt für die
Additive Fertigung mit Metallen.
Im Fokus steht dabei gegenwärtig die Entwicklung von innovativen
Belichtungskonzepten, die an die Anforderungen oder die Geometrie von
Bauteilen angepasst sind.
Die Expertise des Fraunhofer ILT im Systems Engineering wird genutzt, um
neuartige Maschinenkonzepte zur Steigerung der Produktivität des
Verfahrens zu entwickeln. Jasmin Saewe: »Sehr wichtig nehmen wir die
Integration unserer Entwicklungen in industrielle Prozessketten sowie die
Identifizierung und Initiierung weiterer Business Cases.«
Mit dem schichtweisen Aufbauprozess des LPBF-Verfahrens lässt sich eine
dreidimensio-nale Fertigungsaufgabe auf zwei Dimensionen reduzieren.
Dadurch bietet das Verfahren eine Reihe von systematischen Vorteilen im
Vergleich zu konventionellen Fertigungs-techniken wie dem Urformen oder
der Zerspanung. Beispielweise sind so überhaupt komplexe Kühlkanäle zur
gezielten Temperierung von Werkzeugen oder integrierte Gitterstrukturen
für Leichtbauanwendungen möglich. Somit lassen sich Prototypen in
Kleinserien mit serienidentischen Werkstoffeigenschaften in kürzester Zeit
herstellen. Systematischer Vorteil ist die Verkürzung von
Entwicklungszeiten. Zahlreiche Iterationen lassen sich mit geringerem
Aufwand durchführen. Daraus resultiert eine verkürzte Zeit bis zur
Markteinführung neuer Produkte.
Hier soll die ganzheitliche Betrachtung der LPBF-Technologie auch
Grundlage für ein gesellschaftlich relevantes Zukunftsthema des Fraunhofer
ILT sein. Hinsichtlich einer kreislauforientierten Produktion und zum
Thema »Ökologischer Fußabdruck« soll der LPBF-Prozess beispielgebend
werden; der Fokus liegt auf dem »Life Cycle Assessment«.
Eine transparente Bewertung ökologisch und nachhaltig hergestellter
Produkte hilft der Industrie und KMU (Kleine und Mittlere Unternehmen)
Verantwortung für Mensch und Umwelt zu übernehmen und sich mit einem
Wettbewerbsvorteil am Markt zu positionie-ren. Miterfinder Willhelm
Meiners ist sich sicher: »Innerhalb der nächsten 20 Jahre wird LPBF eine
noch größere Rolle spielen. Ich denke gerade auch an den Automotive-
Bereich!«
Den Video-Clip zum 25-jährigen Jubiläum des LPBF-Patents finden Sie hier:
https://s.fhg.de/PC2
Die Formnext 2021 findet vom 16. bis 19. November in Frankfurt am Main
statt.
Haben Sie Interesse am Thema LPBF? Dann besuchen Sie unseren Stand und
sprechen Sie gerne mit unseren Expertinnen und Experten: Stand D41 in
Halle 12.
