Die Professur für Laser-based Additive Manufacturing stellt sich vor

Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy
www.mw.tum.de/lbam/
Anzahl der Mitarbeitenden:
3 Promovierende
Angebotene Vorlesungen:
Bachelor: Basics of Additive Manufacturing / Grundlagen der Additiven Fertigung
Master: Additive Manufacturing with Plastics / Additive Fertigung mit Kunststoffen
Ansprechpartner für Abschlussarbeiten und HiWi-Jobs:
info.lbam@mw.tum.de
Standort in der Fakultät Maschinenwesen:
Gebäude 1, 2. Obergeschoss

Die nächste Generation der Additiven Fertigung

„In den nächsten 10 Jahren werden wir denselben technologischen Fortschritt wie in den letzten 100 Jahren erleben“. So formulieren es im Moment viele Zukunftsforscher und Venture Capital Investoren. Sie sind der Meinung, dass sich durch neue disruptive Innovationen unser Leben in naher Zukunft grundlegend ändern wird. Neben der Entwicklung von Quantencomputern oder Künstlicher Intelligenz, die nicht mehr vom Menschen zu unterscheiden ist, werden diese Aussagen stets mit dem Potential der Additiven Fertigung (Additive Manufacturing, AM) begründet. 

Vor allem additive Fertigungsprozesse, die mit Hilfe von Laser das Spektrum produzierbarer Bauteilgeometrien erweitern, eröffnen gänzlich neue Möglichkeiten in der Produktion von morgen. Um den aktuellen Herausforderungen dieser vergleichsweise jungen Fertigungstechnologie zu begegnen und ihren Fortschritt zu ermöglichen, ist ein umfassendes Prozessverständnis notwendig. Aus diesem Grund wurde im Dezember 2019 mit der Berufung von Prof. Wudy die Professur für Laser-based Additive Manufacturing (LBAM) an der TUM eingerichtet. 

Lehre 

Alle Studierende, die die Welt der Additiven Fertigung kennen lernen und aktiv mitgestalten wollen, sind jederzeit bei uns willkommen. Als idealer Einstieg empfiehlt sich dabei die anwendungsbezogene Vorlesung „Grundlagen der Additiven Fertigung“, in der man in die gesamte Bandbreite der AM-Verfahren eintaucht. Studierende im Masterstudium können darüber hinaus in „Additive Manufacturing with Plastics” fundierte theoretische Kenntnisse in neuen disruptiven Fertigungstechnologien, wie dem Laser-Sintern oder dem Binder Jetting, aufbauen. 

Auch in den nächsten Semestern werden wir unser Lehrangebot im Rahmen von Vorlesungen, Praktika und Seminaren, um top-aktuelle Inhalte rund um die Additive Fertigung erweitern. Wollt ihr euch aktiv an unserer Forschungsarbeit beteiligen, bietet sich eine Abschlussarbeit oder ein Projektseminar an unserer Professur an. 

Forschungsinhalte 

Unsere Forschungsaktivitäten decken ein breites Themenspektrum entlang der gesamten Prozesskette der Verarbeitung von Kunststoffen sowie Metallen und der hybriden Additiven Fertigung ab. Wir befassen uns somit neben den Materialien und Prozessen mit Automatisierungslösungen, der Qualitätskontrolle oder neuen innovativen hybriden Additiven Technologien. Dieser ganzheitliche Ansatz wird zukünftig dazu beitragen, innovative Technologien im industriellen Umfeld zu implementieren.  

Forschungsbereich „Materialien und Prozesse“ 

Der Forschungsbereich “Materialien und Prozesse” befasst sich mit der grundlagenwissenschaftlichen Analyse von AM-Technologien. In der Kunststoff-basierten Additiven Fertigung im Allgemeinen und dem Laser-Sintern im Speziellen, werden die Themen Prozesskontrolle und Inline-Materialqualifizierung erforscht. Ziel ist der Aufbau eines geschlossenen Materialqualifizierungskreislaufs, der ein Kernelement für den verstärkten Einsatz des Laser-Sintern in Bereichen, wie der Luft- und Raumfahrt oder der Medizin darstellt.  

Bisher werden beim Laser-Sintern von Kunststoffen die Prozessparameter vor dem Fertigungsprozess festgelegt und über den gesamten batchweisen Bauprozess konstant gehalten. Das bringt die für Verarbeitung neuer Pulvermaterialien oder unbekannten Pulvermischungen zeit- und kostenintensive Parameterstudien mit sich. Die Wissenschaftler am LBAM arbeiten am Aufbau eines innovativen Monitoringsystems, das es ermöglicht soll anhand von z. B. thermischen und optischen Daten das ideale Aufschmelzverhalten in Form einer einzigen Kennzahl direkt einzustellen und somit eine Prozessregelung aufzubauen. Dieses neue einzigartige Anlagenkonzept soll in enger Kooperation mit Industrieunternehmen zukünftig in die industrielle Additive Fertigung überführt werden.   

Prinzipskizze des Laser-Sinter Prozesses

Im Bereich der laserbasierten additiven Fertigung von Metallen widmen sich die Forscherende fokussiert den pulverbettbasierten Verfahren (laser-based powder bed fusion of metals PBF-LB/M) bzw. dem Laserstrahlschmelzen. Die Schwerpunkte liegen auf der Optimierung des PBF-LB/M-Prozesses bzgl. verschiedener Zielgrößen und der Verarbeitung neuer Werkstoffe. Die bisher für das PBF-LB/M verfügbaren Werkstoffe wurden für konventionelle Fertigungstechnologien wie Gießen oder Fräsen optimiert. Im Vergleich zum PBF-LB/M unterscheiden sich bei diesen Prozessen die thermischen Randbedingungen hinsichtlich des Schmelz- und Erstarrungsverhaltens jedoch grundlegend. Die Verarbeitung neuer Werkstoffe sowie das Erreichen gewünschter Werkstückeigenschaften bedürfen einer Optimierung des Prozesses selbst. 

Um das Potenzial des PBF-LB/M-Prozesses und der erzeugten Bauteile voll ausschöpfen zu können, werden an der Professur für LBAM verschiedene prozessseitige Fragestellungen erforscht, die von neuen Belichtungsstrategien, also dem Prozessschritt, in dem das Metallpulver durch Laserstrahlung aufgeschmolzen wird, bin hin zur gezielten Einstellung von gradierten Eigenschaften im Bauteil reichen.  

Forschungsbereich „Qualitätsmanagement und Automatisierung“  

Viele Prozessschritte in der Additiven Fertigung erfordern heutzutage leider manuelle Vor- und Nacharbeiten, die ein hohes Fehlerpotential darstellen. Um AM-Prozesse für Serienanwendungen einsetzen zu können, ist daher insbesondere die Automatisierung von vor- und nachgelagerten Prozessen ein Handlungsfeld der Professur. Aus diesem Grund kommt dem Forschungsbereich Automatisierung für Kunststoff- und Metallprozesse eine große Bedeutung zu.  

Forschungsbereich „Hybride AM-Technologien“  

Leider können mit konventionellen AM Verfahren vor allem Bauteil mit homogenen Eigenschaften eingestellt werden. In unserem täglichen Leben begegnen uns jedoch vielfach Multi-Material-Lösungen. Die Kombination verschiedener AM-Technologien, wie dem Pulver-Binder-Verfahren mit dem Laser-Sintern von Kunststoffen zu einem Hybridverfahren ermöglicht die Erzeugung von Multi-Material-Bauteilen mit einem breiten Anwendungsspektrum. Die Kombination von z.B. UV-Acrylaten mit Thermoplasten ermöglicht es Hart-Weich-Komponenten (ähnlich Ihrer Zahnbüste zuhause) mit einer gradierbaren Grenzfläche zu erzeugen. Diese neuartigen Prozesse sind einzigartig an der TUM, sodass alle Studierenden Teil von neuen Innovationen werden können.  

Das LBAM Team: (von links) Joseph Hofmann, Robert Setter, Jonas Grünewald und Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy

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