•••3••• Innovationen Materials by recipe Powder-based laser beam melting (LPPF) is probably the best-known AMprocess and has great potential for industrial applications. But how can the limited range of materials for this process be circumvented and themarket potential further expanded? This question was addressed by the IWM of RWTH Aachen University and the Fraunhofer IFAM in the “LPBF powder kit” project funded by the AiF. The result was the development of a sustainable solution for the individual and robust processing of metal powder blends, so that the user can cover the desiredmaterial properties with a small selection of metal powders and flexibly adjust the alloys. 3D printing allows maximum design freedom in the construction and production of components. These advantages have enabled 3D printing technologies to become well established in technical fields such as automotive or aerospace. However, the different fields of application require not only the best possible designed geometry, but also optimizedmaterial properties. Few basic materials lead to many material property combinations. Concept of the “LPBF powder kit” for 3D printing by laser beam Foto: Fraunhofer IFAM Industrielle High-Power-UKP-Prozesse Neuer Spatial Light Modulator für die dynamische Strahlformung sodass eine Skalierung der Prozesse zu höheren Geschwindigkeiten und niedrigeren Stückkosten möglich wird. Eine populäre Lösung zur Umsetzung der großen Laserleistungen ist dabei die Aufteilung der hochenergetischen Strahlung in viele Einzelstrahlen. Dieser Ansatz findet insbesondere bei der flächigen Lasermaterialbearbeitung oder auch bei periodischen Mustern wie Filtern bereits industrielle Anwendung. Um aus einem einfallenden Strahl ein parallelisiertes Strahlbündel mit einer Vielzahl von Teilstrahlen zu erzeugen, werden Phasenmasken genutzt. Das funktioniert dynamisch mit Spatial Light Modulatoren (SLM) oder statischmit diffraktiven optischen Elementen (DOE) aus Glas. SLM können das Phasenmuster und damit auch die Strahlmatrix dynamisch ändern, die statischen DOE halten dafür größere mittlere Leistungen aus. Besonders für die Entwicklung von Fertigungsprozessen mittels UKP-Laserstrahlung bieten sich die SLM an, da sich mit ihnen die Strahleigenschaften sukzessive anpassen und maßschneidern lassen. Das betrifft sowohl das Strahlprofil als auch die Anordnung der Einzelstrahlen. In der Serienfertigung sind die SLM vorteilhaft, wenn im Prozess Strahlmuster dynamisch veränder t werden müssen. Sind die Strahlparameter bekannt und statisch, dann sind DOE die bessere Wahl. „Joint Application Lab“ am Fraunhofer ILT Gemeinsam mit dem SLM-Hersteller Hamamatsuwurde amFraunhofer ILT ein „Joint Application Lab2 eingerichtet. Dort steht ein industrietauglicher Prototyp zur Entwicklung von Fertigungsprozessen bereit. Dazu gehört ein scannerbasierter Prozesskopf, in den der neue Hochleistungs-SLM von Hamamatsu integriert ist. Der Kopf ist in eine 3-Achs-Maschine mit einem 150 W UKP-Laser integriert. Der neue SLM wurde auf hohe Durchschnittsleistungen optimiert und wird derzeit in den Markt eingeführt. Hamamatsu wurde beim Aufbau des neuen Labors im Rahmen des SIP-Programms von der japanischen Regierung gefördert. SLM für hohe Leistungen in der Anwendung In Aachen wird das System mit dem neuen SLM seit Mai 2022 für verschiedene Prozesse eingesetzt. Dabei wurde der Flächen- und Volumenabtrag mit verschiedenen Strahlprofilen und Fokusdurchmessern untersucht. Mit dem flexiblen Flüssigkeitsmodulator entfällt der Aufwand einesWerkzeugwechsels. Bei der Umsetzung von großen mittleren Laserleistungen und der Skalierung von UKP-Prozessen ist dieWärmeverteilung imWerkstück von zunehmender Bedeutung. Mit Unterstützung durch das Lehr- und Forschungsgebiet für Nichtlineare Dynamik der Laser-Fertigungsverfahren NLD der RWTH Aachen University können am Fraunhofer ILT die Prozesse komplett simuliert werden. So kann die Energieverteilung und damit der Wärmeeintrag innerhalb einer parallelisierten Strahlverteilung optimiert werden. Im „Joint Application Lab“ unterstützt das Fraunhofer ILT seine Kunden bei der Entwicklung von Fertigungsprozessen. Darüber hinaus werden das Wissen und die entwickelte Technik auch in neuen Forschungsprojekten eingesetzt. Die Multistrahltechnik erlaubt die Skalierung von UKP-Laserprozessen Foto: Fraunhofer ILT, Aachen Fortsetzung von Seite 1 Read more on page 4 Messehighlight
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