KMU-innovativ Automatische Pulvermischung für das Selektive Lasersintern (AMPULS)

Problemstellung
Beim additiven Fertigungsverfahren Selektives Lasersintern (SLS) wird ein thermoplastischer Pulverwerkstoff als Ausgangsmaterial schichtweise aufgetragen. Das Pulver wird bis kurz unter dessen Schmelztemperatur erhitzt und mittels Laserstrahlung selektiv aufgeschmolzen. So entstehen Schicht für Schicht fast beliebig komplexe Bauteile aus den unterschiedlichsten Anwendungen, die von losem, nicht benötigtem Pulver umgeben sind. Nach dem additiven Fertigungsprozess und dem Abkühlen des Bauraums werden die Bauteile entnommen. Bisher wird dabei das überschüssige, nicht verfestigte Pulver händisch oder semiautomatisiert entfernt. Durch die mechanische und thermische Belastung wird das Pulver jedoch während des Bauvorgangs geschädigt. Dies hat eine Verschlechterung des Fließ- und Aufschmelzverhalten zur Folge. Für einen stabilen Bauprozess wird das Restpulver im Anschluss aufwändig gesiebt, manuell mit Neupulver gemischt und der Anlage wieder zugeführt. Daher kommt dieses SLS-Verfahren bislang nur im Designprototypenbau zum Einsatz und ist noch nicht für die Serienproduktion in konstanter Qualität umsetzbar.

Zielsetzung
Das Ziel des KMU-innovativ Projekts AMPULS ist es, ein geschlossenes SLS-Pulverkreislaufsystem zu entwickeln, das aus Mischanlage, Pulverlager-, Pulverfördersystem und integrierter Sensorik besteht. Durch den automatisierten geschlossenen Kreislauf sollen Fehlproduktionen bzw. Qualitätsschwankungen der Bauteile vermieden sowie die Belastung für Mensch und Umwelt reduziert werden.

Vorgehensweise
Dazu werden die einzelnen Prozessschritte der Pulverzufuhr in die SLS-Anlage, Sinterprozess, Auspacken, Nachbehandlung der Bauteile, Aussieben des Altpulvers, Neupulverzufuhr, Mischen von Alt-und Neupulver und nochmalige Pulverzufuhr in die SLS-Anlage verbunden. Das Pulver befindet sich hierbei von der Auspackstation bis zu den Produktionsanlagen in geschlossenen Kreisläufen. Der Fokus der Entwicklung ist ein Mischsystem zur automatisierten und zielgenauen Dosierung von verschiedenen pulverförmigen Materialien. Dabei soll mit einer sensorischen, simultanen Messung und Auswertung der Mischungsqualität sowie des Pulverzustandes die Güte und die Robustheit der Prozesskette optimiert werden. Der Prototyp wird in die 3D-Druck-Produktion implementiert und unter realen Bedingungen getestet.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Für die Aspekte messbare Qualität, reduzierte Pulververluste, verkürzte Produktionszeit sowie die Möglichkeit, anspruchsvolle Pulvermaterialien zu verarbeiten, werden signifikante Wettbewerbsvorteile erwartet. Die vollständige Überwachung der Prozessparameter und die automatische Korrektur ermöglichen in Zukunft eine selbstorganisierte SLS-Kreislaufproduktion. Es besteht die Möglichkeit, die Methoden auch auf weitere, pulverbasierte 3D-Druckverfahren, wie beispielsweise das Sanddruck-Verfahren zu übertragen.

• CIRP GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
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