ProAMM

Technologievorhaben

Gesamtziel:

Prozessketten für additive Multimaterialverfahren

Partner:

Laufzeit: 01.08.2019 - 31.07.2021

Aktuelle wirtschaftliche Situation und Herausforderung

Die Nachfrage nach funktionsintegrierten Bauteilen aus Kunststoffen und Metallen mit dem Ziel der Prozessüberwachung, der Gewichtsreduzierung und der weiteren Minimierung der Prozesszeit steigt mit zunehmender Digitalisierung und höherem Konkurrenzdruck weiter an. Darüber hinaus genießen die additiven generativen Verfahren im klassischen Industrieumfeld bisher noch wenig Akzeptanz aufgrund der bisher unvorhersehbaren Bauteilqualität. Hier soll das Projekt „Prozessketten für additive Multimaterialverfahren“ (ProAMM) einen Beitrag leisten. Das Projekt ist hierbei in zwei Projektstränge untergliedert. Diese sind zum einen die „Multimaterialfertigung im Pulverbett (Laserstrahlschmelzen)“ und zum anderen die „Multimaterialfertigung mit Fused Filament Fabrication (FFF)“. Beide Prozesse sollen hierbei mit einem Pastendruckprozess kombiniert werden.

Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele

Abbildung 1 stellt das Projektgesamtziel dar, welche im Folgenden noch detaillierter beschrieben werden.

Abbildung 1: Darstellung des Gesamtziels des Projekts

Ziele „Multimaterialfertigung im Pulverbett“

• Evaluierung geeigneter Kupferpasten

• Umsetzung der Anlagentechnik sowie Erstellung der notwendigen Software

• Integration der für eine sichere Prozessführung notwendigen Sensortechnik

• Pulverbettbasierter Multimaterial-Fertigungsprozess basierend auf Laserstrahlschmelzen und Dispensen

• Demonstration der Machbarkeit durch Fertigung von Werkzeugeinsätzen für das Spritzgießen aus Stahl und Kupfer

• Erprobung der Werkzeugeinsätze im industriellen Umfeld und Vergleich zu konventionell gefertigten Werkzeugeinsätzen

Ziele „Multimaterialfertigung mit Fused Filament Fabrication“

Evaluierung der Prozesskette:

• Entwicklung oder Auswahl eines Dispenssystems

• Auswahl eines thermischen Post-Prozesses

• Evaluierung der Prozesskette zum Einbringen und Anschließen von Sensoren

Anlagenanpassung:

• Erweiterung der FFF-Anlage durch eine Dispenseinheit

• Erweiterung der FFF-Anlage durch einen thermischen Nachbehandlungsprozess

Prozessentwicklung:

• Entwicklung einer Anbindungsstrategie an Spritzgussbauteile

• Entwicklung eines Dispensprozesses für den FFF-Druck

• Entwicklung eines thermischen Nachbehandlungsprozesses für das Pastensystem

• Entwicklung der Kombination aus Dispensprozess und thermischer Nachbehandlung

• Szenario 1: Integration von kommerzialisierten Sensoren: konkret ist ein Temperatur- und Feuchtigkeitssensor in einer Autoarmatur im Sichtbereich zu integrieren

• Szenario 2: Einbetten von im Prozess hergestellten Sensoren

Demonstratorfertigung und –prüfung:

• Fertigung des Demonstrators mit der erweiterten Prozesskette

• Untersuchung verschiedener Nachbearbeitungsstrategien für die Bauteiloberfläche

• Funktionsprüfung der eingebetteten Sensoren in Kooperation mit Partner VW

Erste Ergebnisse und Konzepte

Im folgenden wird der Entwicklungsstrang „Multimaterialfertigung im Pulverbett“ betrachtet. Zunächst sei hier die Prozesskette dargestellt:

Abbildung 2: Prozesskette „Multimaterial im Pulverbett“

Im Folgenden wird der Entwicklungsstrang „Multimaterialfertigung mit Fused Filament Fabrication“ betrachtet. Ebenfalls sei hier die Prozesskette dargestellt:

Abbildung 3: Entwicklungsstrang „Multimaterialfertigung mit Fused Filament Fabrication“

Entwicklung Prozessführung

In diesem Arbeitspaket wurde bisher der Druckprozess mit einem mechanischen Dispenser untersucht. Hierzu wurde mit Hilfe statistischer Versuchsplanung ein erstes quadratisches Modell mit den Zielgrößen Schichtdicke und Homogenität entwickelt.

Demonstratorfertigung

Im ersten Entwicklungsstrang soll als Demonstrator ein Werkzeugeinsatz mit verbesserter Wärmeabführung entwickelt werden. Der Werkzeugeinsatz ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Ausgangswerkzeugeinsatz mit bisheriger Wasserkühlung

Darauf aufbauend wurde der Werkzeugeinsatz für die additive Multimaterialfertigung um einen Kupferkern erweitert (vgl. Abbildung 5).

Abbildung 5: Werkzeugeinsätze mit Kupferkern

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