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maschine+werkzeug 05/2018

Leichtbauteile additiv fertigen

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3D-Druck – Am Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik (EMI) haben Forscher untersucht, wie ressourceneffizient der Herstellungsprozess ist, wenn Leichtbaukomponenten aus Aluminium additiv gefertigt werden.

Das 3D-Drucklabor Metall und Strukturwerkstoffe am Fraunhofer EMI in Freiburg beherbergt einen der derzeit größten kommerziell verfügbaren 3D-Drucker für Metalle. Im Forschungsbereich ist die Anlage in dieser Größe ein Unikat. Per selektivem Laserschmelzen (SLM) lassen sich hier metallische Strukturen mit Abmessungen von bis zu 40 Zentimetern additiv fertigen. Der 3D-Druck bietet völlig neue Möglichkeiten, Bauteile mit komplexesten Formgebungen zu gestalten und zugleich das Gewicht zu optimieren.

Doch erst die Kombination von additiver Fertigung und intelligentem Leichtbaudesign erlaubt eine maximal ressourceneffiziente Produktion. Wie ressourcenschonend der Herstellungsprozess tatsächlich ist und ob sich etwa Material- und Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen industriellen Verfahren minimieren lassen, haben Fraunhofer-Forscher im neuen 3D-Drucklabor am Beispiel einer praxisnahen Komponente untersucht.

Als Bauteil für den Test wurde ein Radträger verwendet, wie er beispielsweise in einem Leichtbaufahrzeug eingesetzt werden könnte. »Wir konnten quantifizieren, wie sich Leichtbau und speziell der Einsatz von Methoden der Strukturoptimierung auf die eingesetzten Ressourcen während des Herstellungsprozesses mittels SLM auswirken«, sagt Klaus Hoschke, Wissenschaftler und Gruppenleiter am Fraunhofer EMI. Im Fokus standen die Kennwerte Strom- und Materialbedarf, Fertigungszeit und CO2-Emissionen, die bei einer Kleinserienproduktion von zwölf Radträgern anfallen.

  • Strukturoptimierter Radträger eines Ultraleichtfahrzeugs: Design für Additive Manufacturing – Herstellung im 3D-Drucklabor Metall und Strukturwerkstoffe am Fraunhofer EMI in Freiburg. Bild: Fraunhofer EMI

    Strukturoptimierter Radträger eines Ultraleichtfahrzeugs: Design für Additive Manufacturing – Herstellung im 3D-Drucklabor Metall und Strukturwerkstoffe am Fraunhofer EMI in Freiburg. Bild: Fraunhofer EMI

  • Gitterwürfel mit 40 Zentimetern Kantenlänge, eine der größten Metallstrukturen, die im selektiven Laserschmelzen (SLM) gefertigt wurden. Bild: Fraunhofer EMI

    Gitterwürfel mit 40 Zentimetern Kantenlänge, eine der größten Metallstrukturen, die im selektiven Laserschmelzen (SLM) gefertigt wurden. Bild: Fraunhofer EMI

  • Anordnung mehrerer Strukturkomponenten auf einer Grundplatte nach abgeschlossenem Lasersinterprozess. Bild: Fraunhofer EMI

    Anordnung mehrerer Strukturkomponenten auf einer Grundplatte nach abgeschlossenem Lasersinterprozess. Bild: Fraunhofer EMI

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