Gemeinsame Forschung am Pulverstrahl-Laser-3-D-Drucken

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Metall-3D-Drucker mit DED-Technologie erlauben es, komplex geformte, dünnwandige

Metall-3D-Drucker mit DED-Technologie erlauben es, komplex geformte, dünnwandige Werkstücke in sehr kurzer Zeit zu fertigen.

Die Empa vereinbarte heute mit der Firma BeAM, ein Hersteller von Maschinen für den Metall-3-D-Druck, eine weit reichende Forschungsund Entwicklungszusammenarbeit. Ziel ist die Entwicklung einer neuen Generation von Laser-3-D-Druckmaschinen für das Laserauftragsschweissen. Dabei werden Metallpartikel in einen fokussierten Laserstrahl geblasen. So lassen sich frei geformte Metallwerkstücke erschaffen - ganz ohne Gussformen und ohne spanabhebende Fertigung.

Laserauftragsschweissen (englisch «Laser Metal Deposition» (LMD), «Direct Energy Deposition» (DED) oder «Laser Cladding» genannt) gilt unter vielen Fachleuten als Methode der Zukunft für den 3-D-Druck von Metallteilen. Die Methode erlaubt eine schnellere Fertigung von Werkstücken als mit anderen Verfahren. Zudem ist es möglich, verschiedene Metallpulver zugleich zu verarbeiten und so zu einer Legierung zu verschmelzen. Dabei kann sogar die Zusammensetzung der Legierung innerhalb des Werkstücks variiert werden. Auch die additive Fertigung von Sandwich-Strukturen ist möglich.

Der Prozess ist einfach erklärt: An der Arbeitsspitze einer CNC-Maschine sitzt ein Laser, der auf der Oberfläche des Bauteils ein Schmelzbad erzeugt. Durch mehrere seitlich oder koaxial angebrachte Düsen wird mit Hilfe von Argongas Metallpulver ins Schmelzbad geblasen. Das eingeblasene Metallpulver schmilzt dabei und verbindet sich mit dem Werkstück. So ist der Aufbau von frei geformten, metallischen 3-D-Objekten möglich.

Die Firma BeAM mit Sitz in Strassbourg wurde 2012 gegründet und ist seit 2016 mit ihren DED-Maschinen auf dem Markt. Zu den Kunden gehören etwa das «Oak Ridge National Laboratory» in den USA, die «University of Sheffield», die «Nanyang Technological University» in Singapur, das «Saint Exupéry Institute of Technology» in Toulouse und die «Ecole Polytechnique» in Paris.

Im Frühjahr 2018 wurde eine BeAM DED-Maschine an die Empa geliefert und in Betrieb genommen. Die Maschine steht im Labor für «Advanced Materials Processing» unter der Leitung von Patrik Hoffmann in Thun, dessen Team für seine Expertise in der Laserbearbeitung, der Pulvermetallurgie und der Prozessüberwachung bekannt ist. «Wir freuen uns sehr auf die Zusammenarbeit mit den Ingenieuren von BeAM, um die Grenzen dieser innovativen Technologie der additiven Fertigung zu erweitern und eine ganz neue Anwendungsbreite für die Schweizer Industrie und darüber hinaus zu entwickeln», sagt Hoffmann. Vincent Gillet, CEO von BeAM, fügt hinzu: «Wir sind sehr stolz darauf, dass die Empa unserem Partnernetzwerk beitritt, um unseren technischen Vorsprung in der DED-Technologie auszubauen.»

An der Empa soll die Maschine durch den Ersatz von Komponenten und durch Neuentwicklungen verändert werden. Die gemeinsame Forschung liefert die die technologischen Grundlagen für die nächste Generation von Präzisions-DED-Maschinen.

Als interdisziplinäre Forschungseinrichtung des ETH-Bereichs betreibt die Empa, die Eidgenössische Materialprüfungsund Forschungsanstalt, modernste Materialund Technologieforschung. Die F&E-Aktivitäten der Empa konzentrieren sich auf die Anforderungen der Wirtschaft und die Bedürfnisse der Gesellschaft und verbinden so die anwendungsorientierte Forschung mit der praktischen Umsetzung neuer Ideen. Damit ist die Empa in der Lage, ihren Partnern massgeschneiderte Lösungen anzubieten, die nicht nur ihre Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit steigern, sondern auch zur Verbesserung der Lebensqualität der Bevölkerung beitragen. Als Teil des ETH-Bereichs ist die Empa bei all ihren Aktivitäten der Exzellenz verpflichtet. Die Empa beschäftigt an drei Standorten (Dübendorf, St. Gallen und Thun) rund 1’000 Mitarbeitende.

BeAM, gegründet im Dezember 2012, ist ein Pionier bei der Entwicklung und Produktion von industriellen Metall-Additivherstellungsmaschinen mit der DED-Technologie (Directed Energy Deposition) und wächst weltweit rasant. BeAM arbeitet eng mit seinen Kunden und Geschäftspartnern zusammen, um Herstellungsund Reparaturprozesse mit Machbarkeitsstudien, Pilotproduktion, Schulung und Vertrieb von Systemen zu entwickeln und zu industrialisieren. Bislang hat BeAM innovative Reparaturmethoden für kritische Triebwerksteile entwickelt, mit denen bisher nicht reparierbare Komponenten für den Einsatz im Flug wieder eingesetzt werden können. Weitere Anwendungsmöglichkeiten für DED-Lösungen sind die Erweiterung bestehender Komponenten um Features und die Herstellung von Near Net Shape Parts.

Im Juni 2018 trat BeAM der AddUp Group bei, dem französischen Marktführer für Design, Produktion und Marketing von AM-Maschinen aus Metall mit Sitz in Clermont-Ferrand, einem Joint Venture zwischen Fives und Michelin.