Die neue Dimension des 3D-Drucks
Wichtige Vorteile für die Konstruktion, wie etwa das positive Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht, werden durch Gitterstrukturen anwendungsgerecht optimiert. Bild: Fraunhofer
Oft stößt man in industriellen Anwendungen mit der Forderung nach schneller Fertigung bei gleichzeitig geringem Materialverbrauch und kostengünstiger Herstellung spätestens bei hochkomplexen Bauteilen an Grenzen. Dass das auch anders geht, zeigen Wissenschaftler des Fraunhofer IWU in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Dresden mit einem richtungweisenden Ansatz zur Herstellung zellularer Strukturen.
Das Laserstrahlschmelzen ist ein zunehmend wichtiger werdendes Fertigungsverfahren zur Herstellung von hochkomplexen metallischen Bauteilen. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Dresden sind in der Lage, derartige Bauteile mithilfe von variablen Gittergeometrien schnell und ressourceneffizient zu realisieren.
Flexibler, schneller und kostengünstiger
Gitterstrukturen können durch variable Gestaltungsparameter vielseitige Geometrien annehmen. Dadurch können sie entweder mechanisches Verhalten maßgeschneidert abbilden oder für fluidtechnische Anwendungsszenarien optimiert werden. Durch ihre offene dreidimensionale Struktur lassen sich die Gitter schneller fertigen und sind deutlich leichter als konventionelle Bauteile bei gleichzeitig geringerem Materialverbrauch und niedrigeren Herstellungskosten.
Wichtige Vorteile für die Konstruktion, wie etwa das positive Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht, werden durch Gitterstrukturen anwendungsgerecht optimiert. In Untersuchungen zu Stabilität und Energieabsorption von Stoßbelastungen weisen die Strukturen ebenfalls sehr gute Ergebnisse auf. Besonders in verfahrenstechnischen und thermischen Anwendungen können durch die Möglichkeit der präzisen Fertigung feiner Strukturen mit definierten Oberflächen-Rauheiten innovative Wege beschritten werden.
Höchste Gestaltungsfreiheit
Um hochkomplexe Bauteile mit filigranen Innenstrukturen herstellen zu können, haben die Fraunhofer-Forscher in enger Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Konstruktionstechnik/CAD (KTC) an der Technischen Universität Dresden den Fertigungsprozess optimiert. Damit ist es möglich, auf konventioneller Anlagentechnik Objekte mit einer Größe von bis zu 200 mal 200 mal 200 Millimetern mit Zellgrößen ab einem Millimeter bei hoher geometrischer Gestaltungsfreiheit herzustellen. Zur Fertigung können Werkstoffe wie Titan, Aluminium, Werkzeug- oder Edelstahl verwendet werden, mit denen sich filigrane Stabstärken von unter 170 Mikrometern mit besonders gleichmäßiger Stabqualität realisieren lassen. (ig)