wbk Jahresbericht 2024 final inkl Inhaltslink - Flipbook - Seite 31
D I S S E R TAT I O N E N
STUDIUM UND LEHRE
VERÖFFENTLICHUNGEN
Forschungsprojekt Additive Fertigung
InRePro – Inspektions- und Remanufacturingzelle
mit prozessintegrierter Multi-Sensorik für einen
digital-autonomen Fertigungsprozess
Ziel des Vorhabens
Die Aufarbeitung von bereits eingesetzten Komponenten ermöglicht die ressourceneffiziente Überführung in einen neuen Lebenszyklus. Dies stellt die
Fertigungstechnik vor große Herausforderungen
und erfordert tiefgreifendes Prozesswissen aus
der subtraktiven und additiven Fertigung sowie
ein Verständnis ihrer Wechselwirkungen.
Im Projekt InRePro wird eine automatisierte
Fertigungszelle zur Aufarbeitung von Gebrauchtprodukten mittels additiver Fertigung und Zerspanung aufgebaut. Durch multi-sensorielle In- und OffProcess-Betrachtung kann Prozess- und Materialwissen generiert und mit den Eigenschaften der
gefertigten Komponenten korreliert werden.
Vorgehensweise
Zur Aufarbeitung ist ein wandelbares Produktionssystem erforderlich, welches durch die Kombination
eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums mit einer pulverbasierten Laserauftragsschweißanlage sowie
einem Roboter zur Verkettung realisiert wird.
Um eine identifizierte Schädigung einer
Gebrauchtkomponente zu entfernen, wird das flexible 5-Achs-Fräs-Dreh-Bearbeitungszentrum DMU 60
eVo FD (DMG MORI) eingesetzt. Um die Komponenten aufzuarbeiten, wird der defekte Bereich der Komponente entfernt und eine definierte Schnittstelle für
den nachfolgenden additiven Aufbau erzeugt.
Die additive Fertigung erfolgt durch pulverbasiertes Laserauftragschweißen. Mittels Laserstrahl wird
Exemplarische Prozesskette in der Bauteilaufarbeitung. Defekter Zahn
entfernt (links oben), neu aufgebracht (rechts oben) und spanend
nachbearbeitet (unten). (Foto: Beckhoff)
ein Schmelzbad auf der Komponentenoberfläche
erzeugt, in das Pulver durch eine Düse eingebracht
wird. Dies ermöglicht es, ortsselektiv verschiedene
Werkstoffe in Pulverform aufzubringen und erlaubt
damit den dreidimensionalen Aufbau. Bei der Prozessvariante „Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen” (EHLA) auf der Anlage pE3D
der Ponticon GmbH werden die Pulver vor dem Erreichen des Schmelzbads angeschmolzen, wodurch
Geschwindigkeiten von bis zu 200 m/min und Aufbauraten von bis zu 600 cm3/h ermöglicht werden.
Ansprechpartnerin am wbk:
Helena Wexel, M.Sc.
Telefon: +49 1523 950 2637
helena.wexel@kit.edu
Lösungsansatz
Die Kombination aus additiver Fertigung und spanender Vor- sowie Nachbearbeitung stellt eine
Herausforderung dar. Beide Prozesse haben
direkten Einfluss auf die in der Komponente vorherrschenden Eigenspannungen. Deren Überlagerung führt zu Verzug in der additiven Fertigung
und nach der spanenden Bearbeitung. Um diesen
zu minimieren, ist ein grundlegendes Prozessverständnis sowohl der Einzelprozesse als auch der
Wechselwirkungen zwischen Additiv- und Zerspanungsprozess angestrebt. Darüber hinaus muss
eine hinreichend gute Anhaftung des additiv
aufgebauten Teils sichergestellt werden. Die integrierte multisensorielle Prozessüberwachung ermöglicht Prozessanalysen, mit denen das erforderliche
Material- und Prozessverständnis erarbeitet werden kann. Durch Körperschallanalyse soll eine rissfreie hybrid-additive Fertigung ermöglicht werden.
Weiterhin werden Oberflächenrauheit und Bauteilverzug der Komponenten durch Laserlinienscanner
quantifiziert und durch Daten zur thermischen
Historie mittels Pyrometrie korreliert.
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Ansprechpartner am wbk:
Patrick Fischmann, M.Sc.
Telefon: +49 174 330 2753
patrick.fischmann@kit.edu
Inspektions- und Remanufacturingzelle (Foto: wbk)
Institut für Produktionstechnik Jahresbericht 2023
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