Projektseminar „Entwicklung eines neuen Anlagenkonzepts zum Laserstrahlschmelzen“

Ausgangssituation und Zielsetzung: Das Laserstrahlschmelzen von metallischen Ausgangswerkstoffen zählt zu den pulver- und strahlbasierten additiven Fertigungsverfahren. Es ermöglicht die Fertigung von hoch komplexen sowie individualisierten Bauteilen ohne zusätzliche Formen oder Werkzeuge. Resultierende Bauteileigenschaften hängen im Laserstrahlschmelzen von verschiedenen Prozessschritten, wie Pulverauftrag, Energieeintrag und Abkühlverhalten, sowie von deren Wechselwirkungen ab. Eine Vielzahl wissenschaftlicher Bemühungen beschäftigen sich bereits mit dem Einfluss des Energieeintrages (Ablenkgeschwindigkeit, Strahlquelle, Strahldurchmesser, Laserleistung, …) auf resultierende Bauteileigenschaften. Der Pulverauftrag und der Wärmehaushalt werden meist nicht variiert und als starre Randbedingung betrachtet. Nichtsdestoweniger bilden sowohl der Energieeintrag als auch der der Pulverauftrag und der Wärmehaushalt eine Grundlage für eine erfolgreiche Ausbildung und Erstarrung einer Schmelzeschicht und bestimmen somit Bauteileigenschaften. Ziel des Projektseminares ist es neue innovative Anlagenkonzepte für eine Laserstrahlschmelzplattform über den Stand der Technik hinaus zu entwickeln, zu bewerten und konstruktiv umzusetzen.

Projektablauf: Die Studierenden werden zunächst an die theoretischen Grundlagen zur Additiven Fertigung im Allgemeinen und zum Laserstrahlschmelzen mit Metallen im Speziellen sowie zu Methoden des Projektmanagements herangeführt. Hierzu zählt ebenfalls die Darstellung der einzelnen Prozessschritte des Laserstrahlschmelzens mit metallischen Pulvern. Das Projektteam soll dann in einer ersten „Kreativen Phase“ Lösungskonzepte erarbeiten, bevor sich der Stand der Technik auf Basis einer Literaturrecherche zu bereits bestehenden Anlagenkonzepten erarbeitet wird. Schwerpunkte liegen bei der Recherche auf den Anwendungsfeldern der jeweiligen Konzepte sowie den Einflüssen verschiedener Konzepte und Komponenten auf das Pulverbett, den Energieeintrag, die Schutzgasströmung und das resultierende Bauteil. Darauf basierend werden verschiedene neue, innovative Anlagen- und Komponentenkonzepte erarbeitet und bewertet. Die Zielgrößen sind beim Pulverauftrag ein gutes Vermögen schlecht fließende Schüttgüter homogen aufzutragen und gegebenenfalls das Erreichen höherer Packungsdichten im Vergleich zum Stand der Technik. Beim Energieeintrag muss ein homogener (positionsunabhängiger), reproduzierbarer und dreidimensional variierbarer Energieeintrag möglich sein. Bei der Temperierung soll eine hohe, (dreidimensional) homogene Temperatur als Vorheizung zur Verfügung stehen. Weitere Anforderungen werden im Lauf des Projektseminars erarbeitet. Nachdem die geeignetsten Konzepte ausgewählt wurden, erfolgt die gemeinsame Erarbeitung eines Arbeitsplanes zur konstruktiven Umsetzung und Zusammenarbeit sowie die Zuordnung der jeweiligen Aufgaben im Projektteam. Neben der Konzeption der gesamten Laserschmelzplattform und der Konstruktion der entsprechenden verschiedenen Module sollen eine virtuelle Zusammenführung der Anlage sowie verschiedene Bewegungsanalysen durchgeführt werden. Als Ergebnis soll ein Konzept einer Laserschmelzplattform konstruktiv ausgearbeitet sein, das es erlaubt, differenzierte Untersuchungen zu entscheidenden Prozesseinflussgrößen durchzuführen. Final werden die gewonnenen Erkenntnisse in Form eines Berichtes dokumentiert.

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy (katrin.wudy@tum.de, Professur für Laser-Based Additive Manufacturing) Jonas Grünewald, M.Sc. (jonas.gruenewald@tum.de, Professur für Laser-Based Additive Manufacturing)