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HANSA 10-2019

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3D-Druck-Verfahren –

3D-Druck-Verfahren – ein Überblick Potenzial ja, Möglichkeiten ja, aber welche(s) nutzen? Im 3D-Druck bieten sich verschiedene Verfahren an – auch die maritime Industrie hat Optionen. Die Auswahl ist aber nicht so leicht. Experten raten daher dazu, gerade im Anfangsstadium der Aktivitäten auf die Erfahrung externer Dienstleister oder »Lohnfertiger« zu setzen. Sie können die Technologien differenzieren und für die individuellen Anforderungen auswählen. Im Markt der Additiven Fertigung existieren verschiedene Fertigungsverfahren. Es folgt – angelehnt an die Studie des IAPT – ein Überblick über die gängigsten und für die maritime Wirtschaft vielversprechendsten Methoden für Kunststoffe und Metalle verglichen. Metall-additive Fertigung Binder Jetting (BJ) Das auf der Sintertechnologie basierende Pulverbettverfahren Binder Jetting gilt beim IAPT als »aufstrebendes« Verfahren. Durch Verfahrensinnovationen soll in den nächsten Jahren die Produktivität additiver Fertigungsverfahren sprunghaft um ein vielfaches erhöht werden. Für das Verfahren spricht zudem, dass günstige Sinterpulver (MIM) als Ausgangswerkstoff verwendet werden. Bis auf Aluminium, das sich nicht sintern lässt, sind gängige Werkstoffe verwendbar. Eine Beschränkung seien jedoch Bauteileigenschaften und der Umstand, dass das Sintern nur für kleine Bauteile möglich ist. Heute findet das Binder Jetting vorwiegend Anwendung bei der Herstellung von Werkzeugen. Das könnte sich jedoch bald ändern, wegen der Skalierbarkeit und des Kostensparpotenzials wird bereits die Serienfertigung beispielsweise in der Automobilindustrie erprobt. Bei der Herstellung von Sandguss Formen bis zu 4 x 2 x 1 m kann ein Sonderprozess des Binder Jetting angewendet werden. Hier wird anstelle eines Metalls Sand mit Hilfe eines Harzes gebunden. Eine ähnliche Technologiegruppe sind die Metal- Fused-Deposition Verfahren, bei denen der metallische Werkstoff mit einem Kunststoff gebunden wird. Die Anlage ist zwar günstiger, allerdings schränkt der zweistufige Sinterprozess die Bauteilgröße ein. © Fraunhofer IAPT 6 HANSA Report 3D – Additive Fertigung in der maritimen Industrie – 10 | 2019

Elektronenstrahlschmelzen (EBM) Das pulverbettbasierte Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting) wird als Ergänzung betrachtet. Die Lenkung des Elektronenstrahls mit Hilfe von Spulen ermöglicht eine schnellere Baugeschwindigkeit. Außerdem treten kaum Eigenspannungen auf, weswegen das Verfahren sich in erster Linie für massive, komplexe Titanbauteile eignet. Zum jetzigen Zeitpunkt ist diese Methode allerdings nur für Nischen eine Option, da die eingeschränkte Materialvielfalt (Titan und Kobalt-Chrom), die komplexe Prozesssteuerung und eingeschränkte Bauraum größe Restriktionen sind. Laserstrahlschmelzen (LBM) Die am weitesten verbreitete und reifste metallverarbeitende Technologie ist nach Ansicht der IAPT-Experten das Laserstrahlschmelzen (LBM von Laser Beam Melting). Es gibt bereits einige Serien-Anwendungen, vor allem in der Luftfahrt und der Medizintechnik. Branchen wie der Maschinenbau oder die Automobilindustrie fertigen bereits Kleinserien und Einzelteile. Auch für Ersatzteile existieren Anwendungen etwa in der Schienenfahrzeugindustrie. Allerdings, so die Einschränkung, für eine breitere Anwendung der Technologie müssen insbesondere die Bauteilkosten weiter sinken und die Qualifizierbarkeit der Prozesskette erleichtert werden. Directed Energy Deposition (DED) Die DED-Technologien basieren auf dem klassischen Auftragsschweißen. Auf diese Weise können auch sehr große Strukturen aufgebaut werden, je nachdem wie groß die Reichweite der Maschinen ist, etwa von Portal- Maschinen oder Robotern. Als Vorteil gelten die deutlich niedrigeren Bauteilkosten und die um ein vielfaches schnellere Aufbaurate ist. Ein Nachteil liegt in der erreichbaren Bauteilkomplexität, »da ein Support von Überhängen nicht zielführend ist«, so das IAPT. Zudem muss die produzierte Oberfläche in aller Regel nachbearbeitet, also nachzerspant werden. Mit diesem Verfahren werden häufig schwer zu zerspanende Materialien, wie Titan oder Inconel verarbeitet. So soll Werkzeugverschleiß eingespart werden, da die Fertigung werkzeuglos erfolgt. Zu den etablierten Anwendungen gehören der Werkzeugbau, die Beschichtung und die Reparatur von Verschleißstellen. DED umfasst verschiedene Prozesse mit verschiedenen Wirkprinzipien. Auf Grund der höheren Produktivität und der räumlichen Skalierbarkeit bergen die DED- Verfahren Zukunftspotential für die additive Herstellung von großen Metallstrukturen, wie sie in maritimen Anwendungen häufig zu finden sind, heißt es in der Studie. Die lichtbogenbasierten Verfahren (WAAM, Wire Arc Additive Manufacturing) zeichnen sich durch geringe Anlagenkosten und den schnellen Aufbau großer, grober Strukturen aus. Als Ausgangswerkstoffe sind alle schweißbaren Materialien anwendbar. Einschränkungen ergeben sich aus der Verwendung eines Drahtes. Spröde Materialien, wie Hartmetalle oder Stellite Legierungen, lassen sich nicht zu einem Draht verarbeiten. Die Anwendungen, die mit dem laserbasierten Verfahren (LMD, Laser Metal Deposition) gefertigt werden, sind eher kleiner, der Vorteil liegt darin, dass sich vergleichsweise feinere Strukturen fertigen lassen. Auch Pulver kann als Ausgangmaterial genutzt werden. So stehen auch spröde Materialien zur Verfügung, es lassen sich komplexere Strukturen darstellen. Darüber hinaus existieren weitere DED-Verfahren wie Rührreibschweißen oder Elektronenstrahlschweißen. HANSA Report 3D – Additive Fertigung in der maritimen Industrie – 10 | 2019 7

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