Roboterbasiertes 6-dimensionales additives Fertigungsverfahren zur konturnahen Herstellung komplexer Struktur- oder Freiformbauteile, biegebelasteter Bauteile und Funktionsbauteile mit elektrischen oder optischen Eigenschaften durch die Integration von Fasern oder Leiterbahnen
Additive Fertigung – zum Teil auch als 3D-Druck bekannt – ist eine Querschnittstechnologie im SmartPro-Forschungsnetzwerk sowie an der Hochschule Aalen. Branchenübergreifend bietet sie vielfältige Anwendungsmöglichkeiten zur ressourcenschonenden Herstellung auch komplexer Komponenten.
Doch gerade bei strukturbelasteten Leichtbauteilen, für die die disruptive Technologie wirtschaftlich besonders interessant wäre, gibt es aufgrund ihrer Geometrie und Zusammensetzung derzeit noch zwei zentrale Herausforderungen, um eine ausreichende Qualität, Festigkeit und somit Sicherheit zu erreichen:
(I) die spezifische 3-dimensionale Anpassung der Druckbahnen an die häufig enthaltenen Krümmungen der Bauteile und damit vorhandenen Freiformflächen
(II) die Integration unterschiedlicher Materialien an spezifischen Stellen der resultierenden Multimaterialbauteile, um die Festigkeit lokal zu erhöhen, beispielsweise durch den Einbau von Fasern.
An Lösungsansätzen arbeitet das Team um SmartPro-Projektleiter Prof. Dr. Rainer Börret am Zentrum für Optische Technologien (ZOT). Im Rahmen des SmartPro-Projekts AddFunK (Förderkennzeichen 13FH4I04IA) haben die Forschenden ein roboterbasiertes Verfahren zur 6-dimensionalen Additiven Fertigung erfunden und erfolgreich durch ein Patent schützen lassen: EP 3736108 B1 (EU-Einheitspatent) und EP 3736108 (GB),
Die Vorteile?
- Maximale Flexibilität durch Beweglichkeit in sechs Freiheitsgraden
- Druck deutlich komplexerer Bauteile ohne Stützstrukturen möglich
- Multimaterial-Bauteile einfach realisierbar
- Konturnaher Druck entlang der dreidimensionalen Form des Objekts ohne Treppenstufenartefakte*
- Integration von Endlosfasern (durch mehrere Schichten hindurch) für belastbare Bauteile
- Integration elektrischer oder optischer Leiter (in mehreren Schichten)
- Deutliche Steigerungen der Festigkeit und Spannungsbelastbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen 3D-gedruckten Bauteilen
Haben Sie Interesse an einer Lizenznahme?
Dann nehmen Sie gern Kontakt mit der Technologie-Lizenz-Büro-GmbH auf, die mit der Verwertung der Technologie beauftragt ist.
Derzeit baut die Arbeitsgruppe im Projekt Smart-ADD eine 6D-Druck-Roboterplattform für den Druck gekrümmter Flächen und ihrer Nachbearbeitung auf. Kommen Sie bei Interesse bitte einfach über smartpro@hs-aalen.de auf uns zu!
* Hintergrund zur Additiven Fertigung und den Herausforderungen gekrümmter Bauteile
Mit Hilfe der Additiven Fertigung können Bauteile in der Regel schichtweise aus festem oder harzartigem Material aufgebaut werden, indem es nur an den Stellen eingesetzt wird, an denen es später auch benötigt wird. Daher ist dieser Fertigungsprozess sehr ressourcenschonend und mit großer Flexibilität bezüglich der Geometrie und Form verbunden. Für die verschiedenen Einsatzbereiche gibt es diverse Methoden, bei den Druckmaterialien und der Anlagensteuerung, der Präzision und Geschwindigkeit des Druckprozesses und damit der Bauteileigenschaften stetig technologische Fortschritte.
Bei gekrümmten Komponenten entstehen bei bisher verfügbaren Verfahren während des für die Additive Fertigung typischen schichtweisen Aufbaus sogenannte Treppenstufenartefakte, die sich häufig negativ auf den visuellen Eindruck und die Struktur auswirken.
Bildnachweis/Quelle: Prof. Dr. Rainer Börret, Zentrum für Optische Technologien, Hochschule Aalen