Industrielle Ertüchtigung des ARBURG Freiformens zur Herstellung metallischer Bauteile

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443103294

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt konnte die industrielle Ertüchtigung des ARBURG Freeformers für die Herstellung von metallischen Bauteilen erzielt werden. Der Schwerpunkt lag auf der Verringerung des Anlagenverschleißes und des gleichmäßigen Volumenaustrags durch ein optimiertes Regelungssystem. In der ersten Phase wurde eine umfassende Bedarfsanalyse durchgeführt, die zur Qualifizierung eines geeigneten Feedstocks aus 316L führte. Anschließend wurden Konzepte zur Modifikation des Austragssystems entwickelt, um die Standzeit durch verschiedene Oberflächenbeschichtungen zu steigern. Ein System- und Prozessmodell unter Berücksichtigung der Materialviskosität wurde erstellt. Dazu wurden verschiedene Zonen innerhalb der Einheit modelliert und eine Beziehung zwischen Massedruck und Volumenstrom hergestellt. Basierend auf der Modellierung wurden Fluidsimulationen durchgeführt, um das Verhalten der Schmelze in der Austragseinheit zu analysieren. Ein weiterer Baustein stellt der Entwurf des optimierten Regelungssystem in MATLAB Simulink dar, wobei der Schwerpunkt auf der dynamischen Regelung der Massendruckerzeugung in der Austragseinheit für eine robusteren Volumenaustrag lag. Die hochfrequente Düseninnendruckmessung wurde durch den Einsatz optischer Drucksensoren ermöglicht und die das Regelungssystem integriert. Abschließend wurden Lebensdauertests mit den verbesserten Prototypen der Austragseinheit durchgeführt und komplexe Demonstratoren unter Verwendung optimierter Fertigungsparameter hergestellt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Additive manufacturing of metal components with the ARBURG plastic freeforming process. CIRP Annals, 67(1), 225-228.
  Spiller, Quirin & Fleischer, Jürgen
  
• “Investigations for the Optimization of MetalFreeforming using the ARBURG freeformer”, Solid Freeform Fabrication 2022: Proceedings of the 33rd Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium – An Additive Manufacturing Conference. Austin, Texas, USA.
  Krischke, N.; Friedmann, M.; Fleischer, J.