Additive Fertigung - Individualisierte Produkte, komplexe Massenprodukte, innovative Materialien
Bauteile und daraus entstehende Produkte werden zunehmend komplexer und individueller. Unternehmen müssen den Zeitraum, den ein neues Produkt von der Idee bis zur Auslieferung benötigt, auch zukünftig weiter verkürzen, um erfolgreich am Markt bestehen zu können. Etablierte Fertigungsverfahren kommen hier teilweise an ihre Grenzen. Die additive Fertigung verspricht erhebliche Zeiteinsparungen und Prozessinnovationen für die Wertschöpfung in produzierenden Unternehmen sowie die Realisierung vollkommen neuer Produkteigenschaften. Produkt-, Prozess- und Werkstoffdaten zu additiven Fertigungsprozessen sowie innovative Materialien und neuartige Produktionsausrüstungen müssen dazu frühzeitig in der Produktentstehung zur Verfügung gestellt werden.
Mit den neuen Entwicklungsergebnissen wird entsprechend der Hightech-Strategie der Bundesregierung die internationale Position Deutschlands nachhaltig gestärkt.
3D-Druck von großflächigen Bauteilen aus faserverstärkten Materialien mit verwendungsfähigen Eigenschaften
Die Produktion mittels additiver Fertigung könnte eine wirtschaftliche Alternative zu traditionellen Herstellverfahren für komplexe Produkte mit kleinen Stückzahlen sein. Beispielsweise ließen sich individuell angepasste Maschinenbauteile oder standortangepasste Anbauteile für Rotorblätter wie auch Turbinenkomponenten für Windenergieanlagen zur Verbesserung der Aerodynamik damit produzieren, ohne dass teure Gussformen angefertigt werden müssen. Soll die Herstellung von komplexen „ready-to-use”- Bauteilen auf diese Weise erfolgen, muss jedoch noch viel Entwicklungsbedarf geleistet werden. Im Gegensatz zur Verwendung als reine Visualisierungsobjekte müssen die Bauteile eine höhere Stabilität aufweisen und für einen Nutzungszeitraum von mehreren Jahren belastbar sein.
Um den Einsatz von 3D-gedruckten Bauteilen aus Faserverbundmaterialien für industrielle Anwendungen zu erproben, soll im Rahmen des Verbundprojekt ASM ein neuartiges additives Verfahrens entwickelt und getestet, und notwendige Anpassungen der Software- und Anlagentechnik untersucht werden.
Nach dem neuen Verfahren werden die Produkte durch das sequentielle Auftragen einzelner Schichten aus Schaumstoff oder aus mit Schnittfasern verstärkten Kunststoffen (z.B. Harze auf Basis von Epoxid und Polyurethan) hergestellt. Diese Bauteile können zusätzlich gezielt mittels Endlosfasern aus Carbon oder Glas verstärkt werden. Dafür werden im Projekt sowohl die notwendige Maschinentechnik, passende Materialien und Software für die additive Fertigung von faserverstärkten Produkten entwickelt, als auch die Auslegung der Bauteile angepasst.
Die für den neuen Prozess entwickelten Systemkomponenten werden in eine Demonstrationsanlage beim Fraunhofer IWES in Bremerhaven integriert und mit definierten Testbauteilen erprobt. Ergänzend zu den material-, prozess- und anlagetechnischen Fragestellungen sollen auch Systeme zur zerstörungsfreien Prüfung der Bauteilqualität betrachtet und prototypisch genutzt werden. Sie haben die Funktion sicherzustellen, dass die hergestellten Produkte einen hohen Qualitätsstandard erfüllen und kein beschädigtes oder dysfunktionales Produkt an die Kunden ausgeliefert wird.
Die im Projekt entwickelten Fertigungsverfahren, die Anlagentechnik sowie die Materialien werden eine Reduzierung der Produktionskosten von über 25 Prozent ermöglichen. Die Verkürzung der Time-to-Market für modifizierte Funktionsbauteile wird im Vergleich zur Herstellung in einer Form voraussichtlich über 30 Prozent betragen. Die wirtschaftliche Verwertung der Projektergebnisse wird bei allen Industriepartnern stattfinden. Da Anlagentechnik und Produktionsprozess so gut skalierbar sind, können Anlagen je nach Kundenwunsch in unterschiedlichen Größen und mit individuell angepassten Zusatzfunktionen (bspw. Fräsen, Schleifen etc.) angeboten werden. Somit können auch insb. produzierende KMUs, bei denen kleine bis mittlere Abnahmemengen üblich sind, flexibel auf die Erfordernisse ihrer Kunden eingehen.