Plattformsystem zum pulverbett-basierten Schmelzen von Kunststoffen mittels Laser

• Fachliche Zuordnung: Produktionstechnik
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511805338

Gegenstand des Vorhabens ist ein Plattformsystem zum pulverbettbasierten Schmelzen von Kunststoffen mittels Laser (powder bed fusion of plastics using laser beam: PBF-LB/P), welches grundlagenwissenschaftliche Forschung im Bereich der Prozesstechnik additiver Fertigungsverfahren ermöglicht. Die PBF-LB/P-Plattform unterscheidet sich signifikant vom marktüblichen Standard und zeichnet sich durch ein modulares Konzept aus, bestehend aus den Funktionseinheiten Optikmodul, Prozesskammer und Steuerungs- und Regelungseinheit, um an multiple Forschungsfragestellungen anpassbar zu sein. Das adaptierbare Optikmodul setzt sich aus einem CO2 Laser kombiniert mit einer dreiachsigen optischen Strahlablenkeinheit zusammen. Damit realisierbare innovative Prozessstrategien verfügen über das Potential zur Prozesszeitreduktion und damit zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des PBF-LB/P Prozesses. Neben gängigen Merkmalen besitzt die Prozesskammer eine Bauraumverkleinerung, ein adaptierbares und mehrstufiges Beschichtungssystem sowie integrierte Hochgeschwindigkeits- und Thermographiekameras. Zudem erlaubt die Prozesstemperierung eine Verarbeitung von Kunststoffen mit Schmelzpunkten von bis zu 300 °C. All diese Merkmale sind die Grundvoraussetzung für eine effiziente Qualifizierung und demnach Entwicklung neuer Pulvermaterialien, den Aufbau eines vollständig geschlossenen Pulverkreislaufs für einen nachhaltigeren und wirtschaftlicheren Einsatz von Gebrauchtmaterialien und für grundlagenwissenschaftliche Untersuchungen zur Steigerung der Reproduzierbarkeit von Bauteileigenschaften. Die Steuerungs- und Regelungseinheit und die entsprechende Software stehen in engem Zusammenhang mit den beschriebenen Hardwarekomponenten. Die Steuerung und Regelung sind offen gestaltet, um ein präzises Monitoring des Prozesses zu gewährleisten. Dieses Vorgehen eröffnet innovative Perspektiven, neue Kunststoffpulver bereits während des Fertigungsprozesses zu qualifizieren, Bauteilfehler präventiv zu vermeiden und Prognosen über Bauteileigenschaften ohne eine an den Prozess anschließende Materialprüfung abzuleiten. Die PBF-LB/P-Plattform bietet die Möglichkeit einer vertieften Prozessforschung und Materialentwicklung im Bereich PBF-LB/P entlang der gesamten Prozesskette, um Prozessverständnis, -geschwindigkeit und -robustheit zu steigern und die Nachhaltigkeit des PBF-LB/P Prozesses zu maximieren. Für den angestrebten wissenschaftlichen Fortschritt im Bereich des PBF-LB/P und in den dargelegten Bereichen der Prozess- und Materialforschung ist der Einsatz der vorgestellten PBF-LB/P-Plattform aufgrund nicht ausreichend geeigneter marktüblicher Standards von fundamentaler Bedeutung.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Plattformsystem zum pulverbett-basierten Schmelzen von Kunststoffen mittels Laser
• Gerätegruppe: 5740 Laser in der Fertigung
• Antragstellende Institution: Technische Universität München (TUM)
• Leiterin: Professorin Dr.-Ing. Katrin Wudy