Forschungsziel:
Ziel des Forschungsprojekts ProLMD war die Entwicklung eines wirtschaftlichen Herstellungsverfahrens zur hybriden Fertigung von großen Hochleistungsbauteilen. Die entwickelte Systemtechnik und die erweiterten LA-Prozesse wurden an Demonstrator-Bauteilen der beteiligen Industriepartner demonstriert. Es wird erwartet, dass bei erfolgreicher Umsetzung nach Ende des Projektes über 10 Prozent der Kosten für die gesamte Prozesskette eingespart werden können. Die erhebliche Ressourcenschonung und die erhöhte Freiheit in der Produktentwicklung machen die Ergebnisse auch für weitere Branchen, wie Raumfahrt, Energieerzeugung und den durch KMU geprägten Werkzeugbau, wirtschaftlich und technologisch interessant.
Problemstellung
Bei der Fertigung von Hochleistungs- und Leichtbauteilen, wie im Flugzeugbau, werden heutzutage bis zu 90 Prozent des Rohmaterials abgetragen und müssen wieder aufbereitet werden. Die sogenannte hybride Fertigung stellt eine Alternative zu diesen abtragenden Verfahren dar. Sie nutzt konventionell hergestellte Rohteile, auf denen zusätzliche Geometrieelemente additiv durch Laserauftragschweißen (LA) aufgebracht werden. Zudem müssen empfindliche Materialien beim LA durch Schutzgas vor Oxidation geschützt werden. Der bisherige Ansatz, die ganze Anlage unter Schutzgasatmosphäre zu bringen, begrenzt die Bauteilgröße und ist kostenintensiv.
Projektziel
Ziel des Forschungsprojekts ProLMD war die Entwicklung eines wirtschaftlichen Herstellungsverfahrens zur hybriden Fertigung von großen Hochleistungsbauteilen. Die entwickelte Systemtechnik und die erweiterten LA-Prozesse wurden an Demonstrator-Bauteilen der beteiligen Industriepartner demonstriert.
Vorgehensweise
Hierbei wurde eine neue Systemtechnik auf Basis von Industrierobotern entwickelt. Dies senkt Kosten und steigert die Flexibilität hinsichtlich Bauteilgeometrie und -größe. Ein flexibles Schutzgassystem wurde erarbeitet, welches nur dort Schutzgas verwendet, wo es nötig ist. Neue Laserbearbeitungsköpfe, die sowohl mit Draht als auch mit Pulver als Zusatzwerkstoff arbeiten, sowie eine für die hybride Fertigung geeignete Software runden die Systementwicklung ab. Parallel wurden für mehrere Werkstoffe, sowohl in Draht- wie auch Pulverform, Laserauftrag-Prozesse erforscht. Als Basis für eine Verwendung in hochbelasteten Bauteilen wurden ausführliche Materialuntersuchungen durchgeführt und eine geometrische Überprüfung der aufgebauten Bauteile mittels einer angepassten Messtechnik implementiert. Die Prozesskette wurde erfolgreich an Anwendungen der Projektpartner am Beispiel von Triebwerksgehäusen, einer Bauteilverstärkung durch 3D-Verrippung und der Anpassung eines Presswerkzeugs in der Karosseriefertigung demonstriert.
Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Es wird erwartet, dass bei erfolgreicher Umsetzung nach Beendigung des Projektes über 10 Prozent der Kosten für die gesamte Prozesskette eingespart werden können. Die erhebliche Ressourcenschonung und die erhöhte Freiheit in der Produktentwicklung machen die Ergebnisse auch für weitere Branchen, wie Raumfahrt, Energieerzeugung und den durch KMU geprägten Werkzeugbau, wirtschaftlich und technologisch interessant.
Projektpartner
Airbus Defence and Space GmbH
BCT Steuerungs- und DV-Systeme GmbH
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH
M. Braun Inertgas-Systeme GmbH
Mercedes-Benz AG
MTU Aero Engines AG
Reis Robotics GmbH & Co. KG
Publikationen
Titel:
Robotergestützte Hybrid-Additiv-Fertigung von Triebwerkskomponenten - ProLMD-Technologie-Demonstration (ProLMD)
In Teamarbeit entstanden bei ProLMD neue Hybridprozesse, die konventionelle Fertigungsverfahren mit Laserauftragschweißen (Laser Material Deposition, LMD) und drei Robotern zu einem neuen Fertigungsansatz vereinen. Das Video zeigt einen automatisierten Ablauf für das Auftragsschweißen von Bauteilkomponenten am Beispiel eines Turbinengehäuses. Die Arbeitsschritte zeigen das Scannen der Bauteile sowie die Erzeugung von Werkzeugpfaden für die hinzuzufügende Bauteilkomponente, die aufgebracht werden soll. Nach erfolgtem Auftragsschweißen durch eine Lasermaterialabscheidung (LMD) und dem Vermessen der aufgebrachten Schicht durch einen Scanner erfolgt die Generierung weiterer angepasster Werkzeugpfade für das Roboterauftragsschweißen. So wird die hinzuzufügende Bauteilkomponente Schicht für Schicht auf das Turbinengehäuse aufgebaut. Bisher aufwändige Zerspanprozesse aus Vollmaterial können somit eingespart werden. Das komplette Robotersystem mit einem Verarbeitungskopf für Draht- und Pulvermaterialien einschließlich dem notwendigen Schutzgaskonzept sowie die Software- und Hardwarekomponenten sind das Ergebnis des vom BMBF geförderten Projektes ProLMD.
Titel:
Prozess- und Systemtechnik zur Hybrid-Fertigung großer Bauteile mit dem Laser-Material-Deposition-Verfahren (ProLMD)
Akronym:
ProLMD
Autor:
Neumann, G.; Bremer, J. (Hrsg.)
Verlag:
Fraunhofer-Publica, München Fraunhofer-Publica, München
Die flexible Verbindung konventioneller Fertigungsketten mit additiven Prozessen bietet signifikante Synergiepotentiale und wird als hybrid-additive Fertigung bezeichnet. Ein geeigneter Prozess für diesen Ansatz ist das Laserauftragschweißen, auch Laser Material Deposition (LMD) genannt. Hohe Materialeffizienz, nur durch die Maschinenachsen beschränkte Arbeitsräume und die Möglichkeit mit großen Auftragsraten auf Freiformflächen zu arbeiten machen den Prozess ideal für die Industrialisierung der hybrid-additiven Fertigung.
Im ProLMD-Projekt wurde eine ökonomische Prozesskette mit roboterbasierter Systemtechnik, geeigneten Prozessen und Automatisierungslösungen entwickelt. Demonstratorkomponenten aus dem Konsortium deckten dabei ein breites Spektrum von Werkzeugbau über Strukturkomponenten in der Luftfahrt bis zu Triebwerkskomponenten ab. Für empfindliche Materialien wurden verschiedene Schutzgaskonzepte entworfen, umgesetzt und erprobt. Innovative Bearbeitungsoptiken für Pulver- und drahtbasierte Prozesse sowie ein angepasstes Software-System für die benutzerfreundliche Programmierung und adaptive Prozessführung wurden implementiert. Geeignete LMD-Prozesse wurden für verschiedene Materialien in den Demonstrationsanwendungen entwickelt. Dabei wurden unter anderem Rohmaterialanalysen, metallographische Evaluation sowie mechanische Charakterisierungen durchgeführt. Konzepte für eine neuartige Prozessführung mit Parameteranpassung basierend auf maschinenintegrierter Messtechnik wurden evaluiert und demonstriert.
Dieser Bericht fasst die zentralen Ergebnisse aller Projektpartner zusammen und zeigt das Potential für eine innovative Hybrid-additive Prozesskette für eine große Bandbreite an Anwendungen. Die Machbarkeit und Skalierbarkeit der entwickelten Prozesskette wurde für mehrere Materialien und Anwendungen auf insgesamt drei Robotersystemen verschiedener Größe und Kosten demonstriert.
Titel:
Deutschland druckt dreidimensional (ProLMD)
Akronym:
ProLMD
Autor:
BMBF / Projektträger Karlsruhe
Herausgeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Von der Hüftprothese über Windflügel bis zu Flugzeugturbinen – die Vielfalt an möglichen Anwendungen des industriellen 3D-Drucks ist beinahe grenzenlos. Jedoch stecken die Technologien für die sogenannte additive Fertigung vielfach noch in den Kinderschuhen. Die in der Broschüre vorgestellten Forschungsaktivitäten basieren auf den beiden Rahmenprogrammen „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ und „Vom Material zur Innovation“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Als Projektergebnisse werden neue Methoden, Werkzeuge, Verfahren, Anlagen, Materialien, Richtlinien, Leitfäden und Konzepte für die industrielle Einführung der additiven Fertigung erarbeitet. Die Erprobung der Ergebnisse erfolgt an konkreten Demonstratoren in Pilotbereichen mit Referenzcharakter. Die Möglichkeiten der internationalen Kooperation werden ebenfalls dargestellt.
Titel:
ProLMD - Kombination aus konventionellen und additiven Fertigungsprozessen auf roboterbasierten Systemen (ProLMD)
Das Video zeigt einen automatisierten Workflow, der aus dem Scannen von Teilen sowie der Generierung von Werkzeugpfaden für eine hinzuzufügende Bauteilkomponente besteht. Nach der Lasermaterialabscheidung (LMD) und dem Scannen des abgelegten Volumens erfolgt die Generierung angepasster Werkzeugpfade für die nachfolgenden Schichten. Dieser Workflow eines Robotersystems mit flexiblem Schutzgaskonzept sowie eines koaxialen Verarbeitungskopfes für Draht- und Pulveradditivmaterialien einschließlich der Software- und Hardwarekomponenten ist das Ergebnis des BMBF geförderten Projekts ProLMD.
Ihre Favoriten
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