„Selective Laser Melting (SLM)“ ist ein generatives Fertigungsverfahren, bei dem ein Laser eine festgelegte Geometrie in ein Pulverbett schmilzt und so das Werkstück (z. B. ein Bauteil) nach und nach aufgebaut wird. Die Attraktivität von SLM basiert neben der hohen Ressourceneffizienz vor allem auf der werkzeuglosen Fertigung nahezu beliebig komplexer Geometrien. Dadurch können Bauteile in kleinen Stückzahlen schnell und vergleichsweise kostengünstig gefertigt werden (Individualisierung). Ebenso können komplexe, bisher nicht herstellbare funktions- und gewichtsoptimierte Bauteile realisiert werden, wodurch die Entwicklung neuer Produkte mit verbesserten Eigenschaften ermöglicht wird.
Derzeit existieren erste Anwendungen des SLM für eine wirtschaftliche (Serien-) Produktion in bestimmten Branchen, z.B. in der Dentaltechnik und im Werkzeugbau. In weiteren Branchen wird das SLM Verfahren dafür derzeit qualifiziert (z.B. Turbomaschinenbau) oder intensiv dahingehend weiterentwickelt (Automobilbau, Flugzeugbau).
Insbesondere der Automobilbau, Flugzeugbau und der Turbomaschinenbau sind aktuell die wesentlichen Branchen, die die Entwicklung der generativen Fertigung mittels SLM hinsichtlich der Produktion metallischer Funktionsbauteile stark vorantreiben. Während der F&E-Bedarf beim SLM Verfahren im Automobilbau im Wesentlichen bei der Kostenreduzierung und der Produktivitätssteigerung durch Weiterentwicklung der Anlagentechnik liegt, überwiegt im Turbomaschinenbau der Aspekt der Bauteilqualität sowie der Prozessrobustheit und Reproduzierbarkeit.
Vor diesem Hintergrund ist das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt „DPP-Direct“ Anfang Juli 2015 gestartet. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist die Etablierung der generativen Fertigung mittels SLM als industrielles Fertigungsverfahren für die Produktion. In dem Verbundprojekt werden in interdisziplinär besetzten Teams aus Wissenschaft und Wirtschaft die beiden nachfolgend beschriebenen Aspekte grundlegend untersucht:
- 1. Die grundlegende Erforschung von Einfluss-Wirk-Zusammenhängen zwischen der SLM Prozessführung, der Oberflächenqualität, den anlagentechnischen Randbedingungen, der Mikrostruktur der generierten Volumina und den Funktionseigenschaften der gefertigten Bauteile für Hochtemperaturwerkstoffe. Die experimentellen Untersuchungen werden durch modelltheoretische Arbeiten unterstützt, um z. B. die Ausbildung der Kornstruktur und der Phasenverteilung in Abhängigkeit der Temperatur-Zeit-Verläufe und den Erstarrungsbedingungen zu simulieren.
- 2. Die grundlegende und systematische Analyse von SLM-Einflussgrößen (z.B. Pulverwerkstoff, Leistungsdichteverteilung) und SLM Anlagenkonzepten bzgl. der Wirtschaftlichkeit der SLM-Fertigung in Abhängigkeit der Zielbranche bzw. des Bauteilportfolios. Darüber hinaus werden beispielhaft zwei neue Anlagenkonzepte mit großem Automatisierungspotenzial als Labor-Demonstrator zur Untersuchung sowohl der technischen Realisierbarkeit und der Wirtschaftlichkeitspotenziale als auch zur Bestimmung möglicher prinzipieller Prozessgrenzen konkret untersucht.
Die beiden Labor-Demonstratoren sind zum einen eine Anlage zur kontinuierlichen Fertigung mit dem Anwendungsfokus von Kleinteilfertigung und zum anderen eine Anlage für große Bauteile (Ausdehnung in einer Dimension >0,4 m) z. B. für Anwendungen im Flugzeug- oder Automobilbau.
Das “DPP-Direct”-Projekt wird bis Ende September 2019 vom BMBF im Rahmen der Initiative “Forschungscampus – öffentlich-private Partnerschaft für Innovationen „Digital Photonic Production” mit rund 2 Millionen Euro gefördert. Projektpartner sind die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, der ACCESS e.V. (Aachen) und die SLM Solutions GmbH (Lübeck).