In vielen Industriebranchen steigt die Nachfrage nach metallischen Spezialbauteilen, die leicht sind und eine hohe Festigkeit besitzen. Ein wichtiges Herstellungsverfahren hierfür ist die pulverbett-basierte additive Fertigung von Metallen – im Englischen ist dieses Verfahren bekannt unter dem Begriff "Powder Bed Fusion of Metals using Laser Beam" (PBF-LB/M). Dabei wird Metallpulver in einer äußerst dünnen Schicht auf eine Bauplattform aufgebracht. Diese Pulverschicht wird mittels eines fokussierten Laserstrahls aufgeschmolzen und verbindet sich beim Erstarren mit der darunterliegenden Materialschicht. Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht so oft wiederholt, bis ein fertiges Bauteil entsteht. Durch den schichtweisen Aufbau können komplexe und gewichtssparende Geometrien realisiert werden. Das fertige Bauteil wird vom überschüssigen Pulver befreit und wird dann in der Regel je nach Anwendung noch nachbearbeitet. Das Verfahren ist je nach Anwendungsfall gegenüber der konventionellen Fertigung noch nicht immer wettbewerbsfähig.
Ziel des kürzlich gestarteten InShaPe-Projekts ist es, die metall-basierte, additive Fertigung weiterzuentwickeln. Der verbesserte Fertigungsprozess basiert auf einem optischen Hochleistungsmodul mit programmierbarer Intensitätsverteilung und Techniken Künstlicher Intelligenz zur Bestimmung der optimalen Strahlform für das Zielobjekt. InShaPe entwickelt ferner ein innovatives Prozessüberwachungs- und -steuerungssystem zur Qualitätsanalyse, das die gleichzeitige Beobachtung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen (multispektrale Bildgebung) in den Bereich der additiven Fertigung integriert. Auf diese Weise will das Konsortium diese Form der additiven Fertigung zu einer kommerziell breiten Fertigungstechnologie weiterentwickeln, die herkömmliche Herstellungsverfahren in puncto Präzision und Nachhaltigkeit zukünftig übertreffen soll.
Das übergeordnete Ziel von InShaPe ist die Weiterentwicklung und Demonstration eines innovativen Pulverbettverfahrens für Metalle für vier industrielle Anwendungsfälle in den Branchen Luft- und Raumfahrt sowie der Energie- und Automobilindustrie. Im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik sollen folgende Vorteile erreicht werden:
- eine siebenmal höhere Fertigungsrate
- über 50 Prozent niedrigere Kosten
- 60 Prozent weniger Energieverbrauch
- 30 Prozent weniger Ausschuss
Langfristig soll die erfolgreiche Entwicklung und Vermarktung der InShaPe-Technologien die europäische PBF-LB/M-Fertigungsbranche als führende Anbieterin von hochkomplexen Teilen stärken und neue Best-in-Class-Standards für digitale, ressourcenschonende und agile laserbasierte Produktionsmethoden setzen.
Über das EU-Projekt InShaPe
InShaPe startete am 1. Juni 2022 und läuft bis Ende Mai 2025. Das Projekt wird von der Technischen Universität München mit neun weiteren Partnern aus Deutschland, Frankreich, Israel, Italien, den Niederlanden, Schweden und Spanien durchgeführt. Die Projektleitung liegt bei der Technischen Universität München. Weitere deutsche Partner sind EOS, Oerlikon AM sowie die Bayerische Forschungsallianz. Die EU fördert das Vorhaben unter dem europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizont Europa mit 6,8 Mio. Euro.
