Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT
Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT

© Fraunhofer IAPT

Directed Energy Deposition (DED) für die industrielle Produktion

Additive Fertigung für große Metallbauteile

Mit dem Auftragschweißverfahren (Directed Energy Deposition, DED) lassen sich endkonturnahe metallische Bauteile mit einer hohen Werkstoffvielfalt herstellen. Vor allem die Herstellung größerer Bauteile bei hohen Auftragsraten ist durch den gerichteten Materialauftrag möglich. Wir entwickeln Bahnplanungsstrategien, zusätzliche Systemtechnik und qualifizieren die Verfahren für den industriellen Einsatz an unserem breiten Spektrum von Anlagentechnik.

Additive Fertigung mit DED für industrielle Anwendungen

Unser Team begeleitet Unternehmen bei der Einführung von DED in ihre industrielle Produktion sowie bei der Optimierung ihrer DED-Nutzung. Unsere Expertise und unsere Infrastruktur ermöglichen Anwendern schneller bessere Ergebnisse zu erzielen.

Unsere Leistungen umfassen unter anderem Beratung für die Bereiche

 

Wie unterscheiden sich DED-Verfahren ?

Das Fraunhofer IAPT verfügt über unterschiedliche DED-Anlagen. Die Experten der Fraunhofer-Einrichtung beraten Anwender aus Industrie und Forschung mit Blick auf die Vorteile der verschiedenen DED-Verfahren.

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Laser-Pulver-Auftragschweißen (DED-LB/p)

Das Laser-Pulver-Auftragschweißen (DED-LB/p) ermöglicht die Verarbeitung einer Vielzahl an Pulverwerkstoffen. Die Pulverzusammensetzung lässt sich weiterführend variieren, um bspw. gradierte Werkstoffeigenschaften zu erreichen.

Das Fraunhofer IAPT verfügt über roboterbasierte und CNC-basierte Handhabungssysteme mit unterschiedlichen Pulverdüsen zur anwendungsgerechten Ausrichtung der Verfahren.

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Laser-Draht-Auftragschweißen (DED-LB/w)

Das Laser-Draht-Auftragschweißen (DED-LB/w) zeichnet sich durch einen sehr hohen Materialausnutzungsgrad und einen geringen Energieeintrag aus.

Der Anlagenaufbau am Fraunhofer IAPT mit koaxialer Drahtzufuhr ermöglicht den richtungsunabhängigen Materialauftrag und ist damit insbesondere auf die Additive Fertigung ausgerichtet.

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Lichtbogen-Draht-Auftragschweißen

Das Lichtbogen-Draht-Auftragschweißen (DED-Arc, auch Wire Arc Additive Manufacturing, kurz WAAM) kombiniert Lichtbogenschweißtechnik und roboterbasierte oder CNC-basierte Handhabung.

Eine Vielzahl an Schweißmodi, z.B. CMT (©Fronius), ermöglicht die flexible Ausrichtung des Prozesses. Durch den vergleichsweise einfachen Anlagenaufbau stellt WAAM eine kostengünstige Alternative zu anderen Additiven Fertigungsverfahren dar.

Auswahl des richtigen DED-Verfahrens

Je nach Verfahrensart unterscheiden sich beim DED die Art des Zusatzmaterials sowie die Energiequelle. Das Material wird in Pulver oder Drahtform der Prozesszone zugeführt und gerichtet durch Laser oder Lichtbogen aufgeschmolzen. Durch den schichtweisen Aufbau mehrerer Schweißbahnen entsteht so ein 3D-Bauteil. Die Handhabung des Prozesskopfes erfolgt durch Roboter oder CNC-Systeme.

Entdecken Sie am Fraunhofer IAPT das optimale DED-Verfahren

Das Fraunhofer IAPT verfügt über umfassende DED-Expertise aus Forschung und Industrieprojekten sowie über eine konkurrenzlose Anlagentechnik. Gemeinsam mit unseren Industriepartnern identifizieren wir das optimale DED-Verfahren für die individuellen Anforderungen und den Anwendungsfall.

DED-Verfahren in der Infrastruktur am Fraunhofer IAPT

  • Laser-Pulver-Auftragschweißen (DED-LB/p)
  • Laser-Draht-Auftragschweißen (DED-LB/w)
  • Lichtbogen-Draht-Auftragschweißen (DED-Arc, auch Wire Arc Additive Manufacturing, kurz WAAM)

 

Einsatzgebiete von DED für große Luftfahrtbauteile

Wie senkt Additive Fertigung mit DED die Kosten und den CO2-Ausstoß großer Titanbauteile? Das Fraunhofer IAPT entwickelt Prozesse, die den Ressourcen- und Energieverbrauch für die Fertigung von Titanbauteilen maßgeblich reduzieren. Die Experten der Fraunhofer-Einrichtung erforschen und optimieren insbesondere Directed Energy Deposition (DED) Verfahren in Kombination mit konventionellen Fertigungsschritten. Die hybriden Prozessketten erzeugen signifikante Einsparungen an Titan und Energie.

Titan-Großstrukturen

Wir kombinieren DED-Arc mit laserunterstütztem DED-Arc für Ti-6Al-4V mit Zerspanungsprozessen zur Verbesserung von Materialeigenschaften und Oberflächenbeschaffenheit. Eine Multi-Roboter-Fertigungszelle mit neuester Steuerungsgeneration ermöglicht die automatisierte und flexible Produktion. 

Die neue Pilotlinie am Fraunhofer IAPT ermöglicht die DED-Fertigung und anschließende Nachbearbeitung in einer Aufspannung. Vor allem für Titan-Großstrukturen ergibt sich eine hohe Kosten- und Materialersparnis.

65 % weniger Material

Für dünnwandig geschmiedete Rohlinge, die eine lokale Verstärkung benötigen, hat das Fraunhofer IAPT den Einsatz von Laser-Pulver DED für Ti-6Al-4V erprobt. Der Materialaufwand für das endgültige Bauteil wurde um 65 Prozent gegenüber der konventionellen, spanenden Herstellung reduziert.

Zudem hat das Fraunhofer IAPT DED-Prozesse so optimiert, dass eine lokale Abschirmungsmethode und eine lokale Gasdüse die sonst übliche globale Abschirmkammer ersetzen. Der Prozess benötigt insbesondere bei großen Bauteilen weniger Inertgas und wird kosteneffizienter. Mit der Düse gefertigte Proben zeigen eine Erhöhung der Bruchdehnung auf 13 Prozent, womit luftfahrtspezifische Anforderungen erfüllt werden.

Halber Materialeinsatz

Das Fraunhofer IAPT qualifiziert das DED-Arc Verfahren für Beta-Titanlegierungen, um konturnahe Rohlinge für nachgelagerte formgebende Prozesse zu generieren. Im Vergleich zur Zerspanung von Vorformen ergibt sich eine Materialersparnis von mindestens 50 Prozent.

Die Integration prozessbegleitender Monitoring-Lösungen liefert wichtige Ansätze zur umfassenden Datenverfügbarkeit und Qualitätssicherung. Die Datenaufnahme und-auswertung erfolgt ortsaufgelöst. Anomalien werden direkt am gefertigten Bauteil lokalisiert. Der Aufwand für anschließende Prüfschritte sinkt.

Der unmittelbare Transfer erfolgt durch die beteiligten Luftfahrtpartner. Diese Kooperationen stärken die Innovationskraft in der Branche und tragen zu einer nachhaltigeren Fertigung bei.

Projekt im Überblick

Projektname

AMAvia

 

Projektpartner

  • FOOKE
  • Fraunhofer IAPT
  • Heggemann
  • racontec
  • TU Hamburg
  • Siemens

Projekt im Überblick

Projektname

IKARUS

 

Projektpartner

  • Access
  • Fraunhofer IAPT
  • Leistritz

Projekt im Überblick

Projektname
Greenhorn
 
Projektpartner
  • BCT
  • Fraunhofer IAPT
  • Winkelmann

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