Open-Source-Laserstrahlschmelzanlage für Forschungszwecke
Die Laserstrahlschmelzanlage reAM250 ist eine Open-Source-Laserstrahlschmelzanlage, die am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern entwickelt wird. Ziel des Projekts ist es, der Forschungsgemeinschaft und der Industrie ein vollwertiges System unter einer Open-Source-Lizenz für die Forschung und Entwicklung von Prozessüberwachungs- und Prozessregelungssystemen beim pulverbettbasierten Schmelzen von Metallen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M) bereitzustellen.
Projektinformationen
Ausgangssituation
In der Abteilung Additive Fertigung am iwb wird das PBF-LB/M simulativ und experimentell untersucht. Hierfür stehen mehrere industrielle Anlagen zur Verfügung. Diese kommerziellen Systeme sind jedoch für Serienanwendungen ausgelegt und bieten daher nur eine eingeschränkte Zugänglichkeit sowie wenige Anpassungsmöglichkeiten für spezifische Prozessuntersuchungen und -modifikationen. Daher wird für eine institutseigene PBF-LB/M-Anlage aufgebaut. Die offene und modulare Bauweise dieser Anlage bietet umfassende Eingriffsmöglichkeiten für die Grundlagen- und Anwendungsforschung.
Zielsetzung
Die Forschungsanlage reAM250 stellt der Forschungsgemeinschaft und Industrie ein vollwertiges System für den PBF-LB/M-Prozess unter einer Open-Source-Lizenz bereit. Einzelne Komponenten gehen dabei über den aktuellen Stand der Technik hinaus. Ein modularer Anlagenaufbau und eine gute Zugänglichkeit der Komponenten stellt die ständige Erweiterbarkeit der Anlage sicher. Dies erlaubt einen schnellen Austausch von Komponenten und die Integration weiterer innovativer Module. Durch diese Bauweise ermöglicht die Forschungsanlage umfangreiche Prozessbeobachtungen und -anpassungen auf allen Ebenen/Skalen.
Vorgehensweise
Für den Aufbau und die Entwicklung der Forschungsanlage reAM250 wird zuerst ein innovatives Anlagenkonzept für die Grobplanung erarbeitet. Anschließend folgt die Detailplanung der einzelnen Komponenten, wie z. B. der vakuumfähigen Prozesskammer, des kontaktlosen Beschichtungssystems oder des Prozessgaskreislaufs inklusive eines Zyklon-Abscheiders. Die Kooperation zwischen Studierenden, wissenschaftlichen Mitarbeitenden und Industriepartnern liefert einen wertvollen Beitrag zur ganzheitlichen Lehre am iwb. Die Anlagensteuerung wird über das Autodesk Machine Control Framework umgesetzt, welches eine industrietaugliche Sofwarelösung darstellt und eine lückenlose Dokumentation aller Anlagenzustände sicherstellt. Das Gesamtsystems wird nach der Inbetriebnahme der Einzelkomponenten durch eine additive Fertigung von industrierelevanten Bauteilen validiert. Dadurch wird die anforderungsgerechte Funktionsweise der Forschungsanlage reAM250 demonstriert.
Ergebnisse
Hauptmerkmale/Spezifikationen
- hohe Modularität für Hardware-Updates
- gleichzeitige Integration verschiedener In-axis- und Off-axis-Prozessüberwachungssensoren
- kontrollierbare Atmosphäre hinsichtlich Durchfluss, Druck, Temperatur und Gasart
- anpassbares Beschichtungssystem für neue Beschichtungs- und Prozessüberwachungsstrategien
- Open-Source-Software und Open-Source-Hardware mit offener Architektur
Zusammenarbeit
Die Forschungsanlage reAM250 eröffnet einzigartige Möglichkeiten für die Forschung am PBF-LB/M-Prozess. Das iwb ist offen für Zusammenarbeiten, die diese Potenziale ausschöpfen.
Die Software- und Hardware-Daten können über das GitHub-Projekt heruntergeladen werden.
Danksagung
Wir bedanken uns für die exzellente Zusammenarbeit mit allen Projektpartnern und für die tatkräftige Unterstützung durch alle mitwirkenden Studierenden.
Laufzeit | seit 01.02.2020 |
Projektpartner | Autodesk GmbH, B&R Industrial Automation GmbH, iwb e.V., Robert Josef Wolf GmbH & Co. KG, König Metall GmbH & CO. KG, RAYLASE GmbH, nLIGHT Inc., Optoprim Germany GmbH |