„Inkrementelles Gießen“: Stützmaterial und Schichthöhenregelung beim direkten Metalldruck von Aluminiumlegierungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
„Inkrementelles Gießen“ bezeichnet einen additiven Fertigungsprozess, bei dem ein Werkstoff aufgeschmolzen und tropfenweise auf eine Bauplattform ausgestoßen wird, um ein Bauteil herzustellen. Das Verfahren wurde bereits im Rahmen eines vorhergehenden DFG-Projekts untersucht und in diesem Projekt weiterentwickelt. Ziel des Forschungsprojekts war die Einführung wasserlöslicher Salz-Stützstrukturen zur Erweiterung der Geometriefreiheit des Verfahrens sowie die Integration einer automatischen Geometrieabweichungskompensation. Die anschließende Projektfortsetzung hatte als Ziel die Entwicklung von Stützstrukturen, in denen Salz nur als Trennschicht fungiert, den Aufbau eines Kalibrierprozesses für die Ermittlung optimaler Startprozessparameter und die Untersuchung von Bauteilen mit unterschiedlichen Tropfengrößen. Es wurde ein Doppeldruckkopf für die simultane Verarbeitung von Aluminium und Salz entwickelt, ein geeignetes Salz ausgewählt und erste Bauteile mit Salzstützstruktur erfolgreich gedruckt. Bei der Untersuchung der Aluminium-Salz-Grenzfläche von Probekörpern wurden keine signifikanten Auswirkungen des Salzes auf die Aluminiumoberfläche festgestellt. Zur numerischen Untersuchung der Verarbeitung der zwei Werkstoffe wurde eine neue automatisierte Simulationsumgebung aufgebaut. Das entwickelte insitu Messsystem ermöglicht die Bestimmung der lokalen Schichthöhe und gemeinsam mit dem implementierten Regelalgorithmus die Anpassung der Tropfengröße während des Drucks sowie die Umsetzung des Kalibrierprozesses zur Identifikation optimaler Startprozessparameter. Die durchgeführten Zugversuche deuten auf Vorteile von Trennschichtstützstrukturen gegenüber massiven Salzstützstrukturen sowie auf einen Einfluss der Baumaterialtropfengröße auf die mechanischen Eigenschaften der Bauteile hin.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Inkrementelles Gießen – Stützmaterial und Schichthöhenregelung beim direkten Metalldruck von Aluminiumlegierungen
Kirchebner B.
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Inkrementelles Gießen – Stützmaterial und Schichthöhenregelung beim direkten Metalldruck von Aluminiumlegierungen (Projektfortsetzung)
Kirchebner B.
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Wasserlösliche Stützstrukturen für die additive Verarbeitung von Aluminiumlegierungen. utg Newsletter (Ausgabe 2)
Kirchebner B.
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3D-Metalldrucker weiterentwickelt. gtm-Newsletter, Ausgabe 3
Kirchebner B. & Ploetz M.
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Analysis of salts for use as support structure in metal material jetting. Production Engineering, 15(6), 855-862.
Kirchebner, Benedikt; Rehekampff, Christoph; Tröndle, Martin; Lechner, Philipp & Volk, Wolfram
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Influence of Salt Support Structures on Material Jetted Aluminum Parts. Materials, 14(15), 4072.
Kirchebner, Benedikt; Ploetz, Maximilian; Rehekampff, Christoph; Lechner, Philipp & Volk, Wolfram
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Inline Topology Measurement of Material Jetted Metal Parts. Volume 2B: Advanced Manufacturing. American Society of Mechanical Engineers.
Rehekampff, Christoph; Kirchebner, Benedikt; Krebs, Florian; Irlinger, Franz & Lueth, Tim C.
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Automatic Evaluation of Inline Surface Topology Measurement Data of Material Jetted Metal Parts for Closed Loop Control. Volume 3: Advanced Manufacturing. American Society of Mechanical Engineers.
Rehekampff, Christoph; Huber, Markus; Kirchebner, Benedikt; Irlinger, Franz & Lueth, Tim C.
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Liquid Metal Jetting of Aluminum Parts with Salt Support Structures. 2023 Solid Freeform Fabrication Symposium (SFF)
Kirchebner B., Weidner C., Ploetz M., Rehekampff C., Volk W. & Lechner P.
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Prozessbegleitende Geometrievermessung von Druckschichten beim Material Jetting von Aluminium. Dissertation. Technischen Universität München
Rehekampff
