Individualisierte Fertigung komplexer Bauteile

Die Verfahren der additiven Fertigung bieten vollkommen neue Möglichkeiten zur Funktionsintegration, Individualisierung und erreichbaren Bauteilkomplexität. Die wesentlichen Herausforderungen liegen in der Reproduzierbarkeit, Prozesssicherheit sowie der erzielbaren Bauteileigenschaften, die aus dem schichtweisen Aufbau resultieren.

Im Fokus: Erforschung der werkstoff- und prozesstechnischen Zusammenhänge

Der Fokus der Forschungsarbeit des IKV liegt auf der Analyse der werkstoff- und prozesstechnischen Zusammenhänge in plastifizierenden additiven Fertigungsverfahren. Mit umfassendem kunststofftechnischem Wissen charakterisieren wird dazu die Einflüsse von Material- und Fertigungsparametern sowie der Bauteilgestaltung auf Produkt- und Prozesseigenschaften. Ein wesentlicher Baustein ist hierzu die physikalisch motivierte Modellierung der Abkühlung und Erstarrung des thermoplastischen Materials in additiven Fertigungsverfahren.

Ziel unserer Forschungsarbeiten sind Erkenntnisse und Methoden, mit denen der Anwender Bauteile unter Nutzung des vollen Potenzials der additiven Verfahren gestalten, Materialien anwendungsgerecht auswählen und Prozesse optimieren kann.

Einsatzbereiche der additiven Fertigung in der Kunststofftechnik

Die additive Fertigung kann in der Kunststoffverarbeitung auf zwei Arten eingesetzt werden: Neben der Verarbeitung von Kunststoffen in additiven Fertigungsprozessen können additiv gefertigte Elemente als Werkzeuge in kunststoffverarbeitenden Verfahren eingesetzt werden. Diese können wiederum selbst aus Kunststoff oder aus Metall gefertigt sein.

Dr.-Ing. Suveni Kreimeier

Abteilungsleiterin Formteilauslegung und Werkstofftechnik +49 241 80-28359 suveni.kreimeier@ikv.rwth-aachen.de

Haben Sie Fragen zu diesem Forschungsbereich am IKV? Dann freue ich mich auf Ihren Anruf oder Ihre Nachricht.

Einladung zur Teilnahme an Konsortialstudie

Eine neue Konsortialstudie am IKV beleuchtet das Thema Additive Fertigung für verschiedene Branchen und Anwendungen. Aktuell können sich Partner zur Teilnahme an der Studie bewerben. Informationen zum Projekt finden Sie hier zum Download.

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Angebot für Studierende

Für eine erfolgreiche Nutzung des Potenzials der additiven Fertigung ist neben der Forschung auch die Ausbildung von Bedeutung. Seit dem WS 2015/16 bietet das IKV Studierenden daher die Lehrveranstaltung "Additive Fertigung in der Kunststoffverarbeitung an".

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Additive Fertigung von Kunststoffformteilen

Das Grundprinzip der additiven Fertigung eröffnet große Gestaltungsfreiheit bei der Fertigung von Formteilen aus Kunststoffen. Schwerpunkt der IKV-Forschung ist die werkstoff- und prozesstechnische Charakterisierung schmelzebasierter additiver Verfahren.

In Ergänzung zur Untersuchung und Klassifizierung bereits etablierter Verfahren, wie dem Fused Deposition Modeling (FDM), baut das IKV über eigene Anlagenentwicklungen Kompetenzen auf und hebt vorhandene Restriktionen bei der Fertigung auf. Dies umfasst beispielsweise die Integration additiver und subtraktiver Fertigung in einem hybriden Produktionskonzept oder die Verbindung additiver Verfahren mit konventionellen Prozessen, wie z.B. dem Spritzgießen oder Schweißprozessen

Zugehörige Projekte am IKV

Das IKV demonstriert zur K-Messe 2016 eine hybride Fertigungszelle, welche additive und subtraktive Fertigungsverfahren automatisch kombiniert. Diese Kombination soll die mäßige Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität von additiv gefertigten Bauteilen automatisiert beheben. Mit dieser Fertigungstechnologie können funktionsintegrierte Losgröße 1 Bauteile herstellen. Erst der anforderungsgerechte Einsatz der verschiedenen Fertigungsverfahren erfüllt das Ziel einer kundenorientierten und automatisierten Produktion von funktionsintegrierten Kunststoffbauteilen.

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Die Kombination von additiv gefertigten, thermoplastischen Strukturbauteilen mit faserverstärkten TPC-Organoblechen in einer integrativen Fertigungskette ermöglicht die individualisierte Herstellung von funktionalisierten TP-FVK-Bauteilen für Leichtbauanwendungen. 

Im Forschungsprojekt „CFK-Werkstatt – Interaktive Reparaturwerkstatt der Zukunft für Elektromobile in CFK-Bauweise“ wird die Produktion von individuellen, schadensangepassten Reparatur-Patches für FVK-Strukturbauteile ermöglicht. Dazu werden in einem additiven Fertigungsschritt individuelle Preforms aus Langfasern hergestellt, die anschließend im RTM-Verfahren weiterverarbeitet werden können.

Additive Fertigung metallischer Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Durch ihre hohe Gestaltungsfreiheit und Funktionsintegration ermöglichen additive Verfahren die Fertigung komplexer Einsätze für Extrusions- oder Spritzgießwerkzeuge, die konventionelle Fertigungsverfahren an ihre Grenzen stoßen lassen.

Am IKV werden hierzu beispielsweise additive gefertigte Profilextrusionswerkzeuge erforscht, deren strömungstechnisch optimierte Fließkanalgeometrie mit spanenden Fertigungsverfahren nicht realisierbar ist. In Spritzgieß- und Presswerkzeugen untersuchen wir additiv gefertigte Werkzeugeinsätze mit konturnahen Temperierkanälen, die sowohl die Bauteilqualität als auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens deutlich erhöhen.

Zugehörige Projekte am IKV

Numerische Strömungssimulationen gewinnen im Bereich der Auslegung von Extrusionswerkzeugen zunehmend an Bedeutung. Eine Herausforderung ist allerdings die Fertigung von numerisch optimierten Fließkanälen, die oft komplexe Freiformgeometrien aufweisen. Im Rahmen des Exzellenzclusters wird daher die additive Fertigung von komplexen Profilextrusionswerkzeugen per Selektivem Laserschmelzen untersucht.

Die Maßhaltigkeit von Spritzgießteilen hängt wesentlich von der Homogenität der Werkzeugtemperierung ab. Im Bereich Spritzgießen wird daher ein Algorithmus zur automatisierten Auslegung einer konturnahen Temperierung entwickelt. Die Umsetzung der simulativ optimierten Temperierkanalsysteme im realen Spritzgießwerkzeug erfolgt durch additive gefertigte Werkzeugeinsätze. 

Durch eine variotherme Temperaturführung im Presswerkzeug können die mechanischen Eigenschaften von gepressten LFT-Bauteilen gesteigert und die erforderlichen Presskräfte reduziert werden. Die hohe Gestaltungsfreiheit additiver Fertigungsverfahren ermöglicht die Fertigung von Werkzeugeinsätzen, die optimal an die variotherme Temperiertechnik angepasst sind.  

Einblicke in die additive Fertigung am IKV