Generative Fertigung mit Gitterstrukturen

Wissenschaftler der TU Dresden und des Fraunhofer IWU zeigten auf der Formnext, wie sich komplexe Bauteile aus Metall mit Hilfe von Gitterstrukturen schnell und ressourceneffizient herstellen lassen.

10. Dezember 2018
Generative Fertigung mit Gitterstrukturen
Auf der Formnext 2018 zeigten die Wissenschaftler der TU Dresden und des Fraunhofer IWU, wie sich mit Hilfe von Gitterstrukturen, Bauteile per Laserstrahlschmelzen wesentlich materialeffizienter, schneller und damit kostengünstiger herstellen lassen. (Bild: Fraunhofer IWU)

Das 3D-Druckverfahren des Laserstrahlschmelzens ist ein zunehmend wichtiger werdendes Fertigungsverfahren zur Herstellung hochkomplexer Bauteile aus Metall. Doch oft stößt es an seine Grenzen, nämlich wenn Bauzeit, Materialverbrauch und Kosteneffizienz in keinem wirtschaftlichen Verhältnis zueinander stehen. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und der TU Dresden sind in der Lage, derartige Bauteile mithilfe von variablen Gittergeometrien schnell und ressourceneffizient zu realisieren.

Geringer Materialverbrauch und niedrigere Herstellungskosten

Gitterstrukturen können durch variable Gestaltungsparameter vielseitige Geometrien annehmen. So können sie entweder mechanisches Verhalten maßgeschneidert abbilden oder für fluidtechnische Anwendungen optimiert werden. Durch ihre offene dreidimensionale Struktur lassen sich die Gitter schneller fertigen und sind deutlich leichter als konventionelle Bauteile bei gleichzeitig geringerem Materialverbrauch und niedrigeren Herstellungskosten. Wichtige Vorteile für die Konstruktion, wie etwa das positive Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht, werden durch Gitterstrukturen anwendungsgerecht optimiert. In Untersuchungen zu Stabilität und Energieabsorption von Stoßbelastungen weisen die Strukturen ebenfalls sehr gute Ergebnisse auf. Besonders in verfahrenstechnischen und thermischen Anwendungen können durch die präzise Realisierbarkeit feiner Strukturen mit definierten Oberflächenrauheiten innovative Wege beschritten werden.

Komplexe Bauteile mit filigranen Innenstrukturen

Um hochkomplexe Bauteile mit filigranen Innenstrukturen herstellen zu können, haben die Fraunhofer-Forscher in enger Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Konstruktionstechnik an der TU Dresden den Fertigungsprozess optimiert. Damit ist es möglich, auf konventioneller Anlagentechnik Objekte mit einer Größe von bis zu

200 x 200 x 200 Millimetern mit Zellgrößen ab einem Millimeter bei hoher geometrischer Gestaltungsfreiheit herzustellen. Zur Fertigung können Werkstoffe wie Titan, Aluminium, Werkzeug- oder Edelstahl verwendet werden. Es lassen sich dünnste Stabstärken von unter 170 Mikrometern mit besonders gleichmäßiger Stabqualität realisieren.

Die Forschungsarbeiten des Fraunhofer IWU und der TU Dresden zur generativen Fertigung mit Hilfe von Gitterstrukturen wurden im Rahmen des DFG-Projekts »Konstruktion, Berechnung und Herstellung komplexer geometrischer Strukturen mittels Laserstrahlschmelzen«, MU 381612, umgesetzt.