Herstellung von 3D-Metallteilen wird fortschrittlicher
Die Inspiration für das EU-finanzierte Projekt DREAM kam während einer der Konferenzen „Fabriken der Zukunft“, die 2014 von der italienischen EU-Ratspräsidentschaft in Bologna organisiert wurde. Diese Konferenz erkannte die Entwicklung der Pulverbettfusion als industrielle Priorität an. Die Pulverbettfusion ist eine hochmoderne Herstellungsmethode, bei der dreidimensionale (3D-Drucker) verwendet werden, um schichtweise Material hinzuzufügen. Eine Wärmequelle, normalerweise ein Laser, wird dazu benutzt, Material in Pulverform zu schmelzen und zu verfestigen, wodurch komplexe 3D-Formen gebildet werden können. Diese Technik wird in der Automobilindustrie in großem Umfang zur Herstellung von Autoteilen und im medizinischen Bereich zur Herstellung individueller Prothesen eingesetzt. „Eine wichtige Herausforderung, die auf der Konferenz erörtert wurde, war das versehentliche Mischen von Metallpulvern“, erklärt DREAM-Projektkoordinatorin Elena Bassoli, Professorin für Ingenieurwissenschaften an der Universität Modena und Reggio Emilia in Italien. „Wir haben gesehen, dass dieses Problem identifiziert und quantifiziert werden muss, um die Zuverlässigkeit der Technologie zu erhöhen. Die Suche nach neuen Wegen zur Verbesserung des Pulverbettprozesses könnte den Herstellern helfen, leichtere Bauteile mit einer längeren Lebensdauer herzustellen.“
Verbesserung von Industrieprozessen
Das Projekt DREAM wurde im Oktober 2016 mit einem Schwerpunkt auf Laser-Pulverbettschmelztechniken für Titan-, Aluminium- und Stahlkomponenten in den Bereichen Prothetik, Automobilindustrie und Industriespritzguss gestartet. Verbesserungen sollten in Bezug auf Gewichtsreduzierung, erhöhte Produktionsgeschwindigkeit, Verringerung der Materialkosten und gesteigerte Lebensdauer gemessen werden. Ein Schlüsselelement zur Erreichung dieser Ziele war die Einführung einer Software zur Steuerung von Pulverbettschmelzmaschinen. Diese Software wurde speziell dazu entwickelt, die Wärmewirkung des Lasers auf Materialinstabilität und -ermüdung zu steuern. „Um ein industriell relevantes Produktivitätsniveau zu erreichen, haben wir genau darauf geachtet, welche Rohstoffe wir verwenden, um eine Kontamination des Pulvers zu vermeiden“, sagt Bassoli. „Dann wurde jeder Prozess für jedes Material validiert und standardisiert.“
Schnellere und leichtere Produktion
Das im Dezember 2019 beendete Projekt hat einige beeindruckende Ergebnisse erzielt, die von der Herstellung leichterer Komponenten bis zur Steigerung der Produktivität reichen. „Wir haben es geschafft, die Herstellungskosten zu senken und die Bauzeit zu verkürzen“, berichtet Bassoli. „Wir haben es auch geschafft, die Qualität von Rohmetallpulvern zu verbessern, indem wir neue Verfahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Kreuzkontamination entwickelt haben.“ Während des Projekts wurde auch eine Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen aus Rohmetallpulvern entwickelt und erfolgreich getestet. Die vom Projekt DREAM eingeführten Innovationen wurden schließlich an drei Testfällen bei Endbenutzern getestet: Aluminiummotorkomponenten des italienischen Automobilherstellers Ferrari, Titanprothesenkomponenten von Adler Ortho und Stahlformen der italienischen Firma Mold & Mold. „Durch die Überarbeitung einer Automobilkomponente wurde eine Gewichtsreduzierung von 17 % erreicht“, sagt Bassoli. „Der ausgewählte Testfall erfüllte alle vom Endbenutzer geforderten strukturellen Anforderungen mit Bezug auf Steifigkeit, Festigkeit und Materialermüdung.“ Die prothetische Komponente, ein Oberschenkelschaft, der bei Hüftprothesen verwendet wird, wurde mit 13 % weniger Material hergestellt und war dadurch leichter und flexibler. Der Formenhersteller konnte bei der Fertigung seiner Produkte schlussendlich eine effizientere Kühlung mit erheblichen Kosteneffizienzen erzielen. „Eine der Hauptstärken dieses Projekts war die Bildung eines Konsortiums, an dem alle Akteure der Wertschöpfungskette beteiligt waren, vom Hersteller der Rohstoffe und Maschinen bis zum Endverbraucher“, erklärt Bassoli. „Die Zusammenarbeit zwischen den Partnern war so gut, dass wir jetzt darüber nachdenken, diese Arbeit fortzusetzen und Beziehungen für andere Aktivitäten aufzubauen.“
Schlüsselbegriffe
DREAM, 3D, Laser, Automobilindustrie, Prothetik, Industrie, Spritzguss, Aluminium, Titan, Stahl
