Materialeffizienter, schneller, kostengünstiger – 3D-Druck mit Gitterstrukturen

Materialeffizienter, schneller, kostengünstiger – 3D-Druck mit Gitterstrukturen

Bei der generativen Fertigung stößt man bisher spätestens bei hochkomplexen Bauteilen oft an Grenzen: Bauzeit, Materialverbrauch und Kosteneffizienz stehen in keinem wirtschaftlichen Verhältnis.

Eine Möglichkeit, diese Grenzen zu überwinden, präsentieren die Wissenschaftler des Faunhofer IWU und der TU Dresden bei der diesjährigen Formnext vom 13. bis 16. November in Frankfurt am Main: Auf der weltweit führenden Messe für additive Fertigung zeigen die Forscher in Halle 3.0, Stand E70, anhand von Beispieldesigns, wie die zellulare Gestaltung mit Hilfe von Gitterstrukturen eine wesentlich schnellere Fertigung ermöglicht – und das bei zugleich deutlich leichteren und materialeffizienteren Bauteilen.

Das 3D-Druckverfahren des Laserstrahlschmelzens ist ein zunehmend wichtiger werdendes Fertigungsverfahren zur Herstellung hochkomplexer Bauteile aus Metall. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und der TU Dresden sind in der Lage, derartige Bauteile mithilfe von variablen Gittergeometrien schnell und ressourceneffizient zu realisieren.

Geringer Materialverbrauch und niedrigere Herstellungskosten

Gitterstrukturen können durch variable Gestaltungsparameter vielseitige Geometrien annehmen. So können sie entweder mechanisches Verhalten maßgeschneidert abbilden oder für fluidtechnische Anwendungen 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 präzise Realisierbarkeit feiner Strukturen mit definierten Oberflächenrauheiten 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 an der TU Dresden den Fertigungsprozess optimiert. Damit ist es möglich, auf konventioneller Anlagentechnik Objekte mit einer Größe von bis zu

200 x 200 x 200 Millimetern mit Zellgrößen ab einem Millimeter bei hoher geometrischer Gestaltungsfreiheit herzustellen. Zur Fertigung können Werkstoffe wie Titan, Aluminium, Werkzeug- oder Edelstahl verwendet werden. Es lassen sich dünnste Stabstärken von unter 170 Mikrometern mit besonders gleichmäßiger Stabqualität realisieren.

 

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