Die additive Fertigung (auch bekannt als 3D-Druck oder Additive Manufacturing AM) umfasst verschiedene Fertigungsverfahren, die die Herstellung von komplexen Bauteilen direkt aus Computermodellen ermöglichen. Dabei wird das verwendete Material typischerweise schritt- und schichtweise aufgebracht und ermöglicht dadurch eine größere Designfreiheit die Herstellung komplexer Geometrien, die mit traditionellen spanenden Fertigungsmethoden, wie z.B. dem Fräsen, nur sehr schwer oder unmöglich umzusetzen sind.
Die additive Fertigung zeigt dabei in den vergangenen Jahren eine rasante Weiterentwicklung. Neben einer Vielzahl neuer Verfahren, die zum Teil hochspezialisiert sind (Laser-, Extrusionsschmelzen, Lithographie, Laserauftragsschweißen), konnte auch die Vielfalt der verwendeten Materialien erheblich erweitert werden. Kunststoffe und Metall werden längst nicht mehr exklusiv verwendet – mittlerweile ist der Druck mit Keramiken, Verbundwerkstoffen und biologischen Materialien möglich.
Die additive Fertigung findet in vielen Branchen Anwendung. In der Luft- und Raumfahrt werden hochkomplexe, leichte Bauteile gedruckt, um Gewicht und Treibstoffverbrauch zu reduzieren. In der Medizintechnik ermöglicht der 3D-Druck patientenspezifische Implantate und Prothesen. Auch im Automobilbau, in der Konsumgüterindustrie und im Maschinenbau wird die Technologie zur schnellen Prototypenentwicklung und auch zur Serienproduktion genutzt.
Die gesellschaftliche Bedeutung der additiven Fertigung wächst stetig. Sie fördert Innovationen, indem sie es Designern und Ingenieuren ermöglicht, schnell Prototypen zu erstellen und Ideen umzusetzen. Dies beschleunigt Entwicklungsprozesse in vielen Branchen. Zudem trägt der 3D-Druck zur Nachhaltigkeit bei, da er Abfall reduziert und maßgeschneiderte, langlebige Produkte ermöglicht.
Trotz der Vorteile der additiven Fertigung gibt es nach wie vor einige Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt. Die Sicherstellung der Konsistenz von Bauteileigenschaften ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf verkaufsfähige Produkte und Massenproduktion. Die Verbesserung der Prozessfähigkeit und Prozessüberwachung durch Einsatz geeigneter Sensoren und Automatisierung tragen dazu bei, Fehler bei der Herstellung frühzeitig erkennen und zu korrigieren. Das Ziel ist dabei, die mechanischen Eigenschaften der Bauteile zuverlässig vorhersagen zu können. Dafür müssen spezielle Simulationslösungen entwickelt werden, die die spezifischen Bedingungen des jeweiligen Druckverfahrens nachbilden.
Ferner steht das Material für AM-Prozesse im Fokus der Forschung. Das Verständnis der Wechselwirkung zwischen den Materialeigenschaften, insbesondere in verschiedenen Ausgangsformen (Granulat, Pulver, Flüssigkeit) und der jeweiligen Druckprozesse bzw. der resultierenden Bauteileigenschaften ist bisher nicht hinreichend erforscht. Diese Forschungslücke ist im Angesicht der Vielfalt und stetig wachsenden Anzahl verfügbarer Materialien von entscheidender Bedeutung für die Weiterentwicklung der additiven Fertigung.
Forschungsthemen im Rahmen des Themenfelds
- Haftungsuntersuchungen FFF
- Wärmetransportvorgänge FFF / SLS
- Prozessabhängige Bauteilvorhersage FFF / SLS
- Beschichtungsprozess SLS
- Pulverrheologieuntersuchung SLS
- Partikeluntersuchung / (mikroskopische) Partikelcharakterisierung
- Reuseabilty Strategien von aufbereiteten Pulvern zur Erhöhung der Nachhaltigkeit
- Bauteiluntersuchungen (Oberflächenprofil / Rauigkeit)
- Fertigungsgerechtes Konstruieren FFF / SLS
- Digital Foam - Lattice Strukturen
