26-faches Bauvolumen mit weltgrößtem Pulverbettschmelzsystem

Um diese Nachteile zu beseitigen, hat ALD seine langjährige Expertise im Anlagenbau genutzt, um verschiedene bewährte Technologien in ein neues Anlagenkonzept für Additive Fertigung zu überführen. Das Konzept wurde dabei auf Serienfertigung mit hoher Flexibilität, tiefgreifende Prozesskontrolle und optimales Ressourcenmanagement ausgerichtet. Ergebnis war die sogenannte EBuild^®, ein völlig neues Anlagenkonzept für das selektive Elektronenstrahlschmelzen im Pulverbett.

Additive Fertigung von Großteilen

Es ist das erste System auf dem Markt, das sowohl für die Herstellung großer Bauteile als auch für die wirtschaftliche Massenproduktion kleinerer Bauteile geeignet ist. Es zeichnet sich unter anderem durch ein spezielles Pulverzufuhrsystem, eine hocheffiziente Elektronenstrahltechnologie und die Verwendung besonders hitzebeständiger Materialien aus. Dies ermöglicht eine Effizienzsteigerung bei Endprodukten wie Turbinen und reduziert gleichzeitig den Materialverbrauch im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren deutlich. Darüber hinaus ist das System vollständig vakuumdicht, was die additive Fertigung von Metallteilen im Vakuum oder unter Schutzgasatmosphäre ermöglicht. Die Synergie zwischen den einzelnen Systemkomponenten in Kombination mit einem intelligenten Steuerungssystem führt zu Kosteneinsparungen und einem geringeren Energieverbrauch in der Produktion und im Produktlebenszyklus. In seiner Grundkonfiguration ist das EBuild^® 850 System für die Herstellung von Metallbauteilen bis zu einer Größe von 850 x 850 x 1.000 mm³ aus Metallpulver durch schichtweises selektives Elektronenstrahlschmelzen mit anschließender Erstarrung ausgelegt.

Die Hauptkomponenten des Systems bestehen aus einer Elektronenstrahlkanone, einer verfahrbaren Baukammer, einer Prozesskammer, die mit einem fortschrittlichen Pulverauftragssystem verbunden ist, sowie einer Pulveraufbereitungs- und Bauteileentnahmeeinheit. Um die Produktionskapazität der Anlage noch weiter zu erhöhen, kann die Anlage durch eine zweite Baukammer ergänzt werden. Während in der ersten Baukammer Schmelz- und Abkühlprozesse durchgeführt werden, können parallel dazu die Teile und das Pulver aus der zweiten Kammer entnommen und diese für den nächsten Schmelzvorgang vorbereitet werden.

"Um die Einschränkungen in puncto Bauteilgröße zu überwinden, haben wir das Kammerdesign bewusst um ein Vielfaches der bisher üblichen Abmessungen erweitert, ohne dabei die Prozessqualität zu beeinträchtigen", erklärt Dr. Osmanlic.

So kann die hochpräzise Abzugseinheit ein bis zu 15 Tonnen schweres Pulverbett mit einer Genauigkeit von etwa 0,01 mm bei einer Gesamtbauhöhe von rund 1000 mm positionieren. Für den Auftrag des Basismaterials ist das Pulverauftragssystem in der Lage, Pulver mit geringer Fließfähigkeit zu verarbeiten. In diesem Fall wird die Zufuhrplattform genau um die vom Bediener vorgegebene Höhe angehoben, um sicherzustellen, dass das dem Rechen zugeführte Pulver konstant bleibt. Damit die hohen Prozesstemperaturen beim Schmelzen die Pulververteilung nicht beeinflussen, ist das Auftragssystem wassergekühlt.

"Es war uns wichtig, dass unser Pulverauftragssystem auch Pulver mit geringer Fließfähigkeit verarbeiten kann, um die Pulverausbeute zu erhöhen und damit Ressourcen zu schonen und den Kilopreis zu senken", ergänzt Dr. Osmanlic.

Zuverlässige Funktion unter extremen Bedingungen

Während der Rechen schichtweise neues Material aufträgt, schmilzt der Elektronenstrahl das Pulver selektiv entlang der definierten Bauteilkonturen auf, bis das Bauteil fertig ist und an die Entnahmeeinheit übergeben werden kann. Alle Kammerwände und Komponenten, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, sind mit Hitzeschilden ausgestattet, um den Energieverbrauch während des Schmelzvorgangs gering zu halten und Wärmeverluste zu vermeiden. Darüber hinaus wurden alle Ventile, die Pulver und Metallstaub ausgesetzt sind, mit speziellen Schutzvorrichtungen ausgestattet, um eine zuverlässige Funktion unter diesen extremen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.

"Dieser Ventiltyp hat sich seit vielen Jahren in ähnlichen Anwendungen unter Produktionsbedingungen bewährt", fügt Dr. Osmanlic hinzu.

Um den Anforderungen der industriellen Serienproduktion gerecht zu werden, verfügt das System über einen hohen Automatisierungsgrad. Modernste Prozessüberwachung, Closed-Loop-Regelung, Datenaufzeichnung, Statusanzeige, Fehler- und Alarmmeldungen sowie Sicherheitsverriegelungen gewährleisten einen sicheren und effizienten Betrieb. Hervorzuheben ist die Rückstreuelektronen-Bildgebung, die eine automatische Fehlererkennung durch kontrastreiche Schichtbilder sicherstellt und darüber hinaus die Erstellung eines digitalen Zwillings als 3D-Modell ermöglicht. Die gesamte Prozessvorbereitung, -steuerung und -überwachung kann über einen PC oder eine integrierte Schnittstelle erfolgen. Dabei werden alle relevanten Funktionen visualisiert. Das gesamte Bedienkonzept ist selbsterklärend und einfach zu bedienen. Zusätzlich ermöglichen mehrere lokale Bedienpanels, die im Betriebsbereich installiert sind, die Ausführung bestimmter Systemfunktionen vor Ort. "Trotz des hohen Automatisierungsgrades legen wir Wert auf eine flexible Bedienung und Kontrolle dort, wo es notwendig ist", erklärt Dr. Osmanlic. Da der Einsatz von AM in der Metallverarbeitung aufgrund mangelnder Erfahrung mit dieser neuen Fertigungstechnologie eine riskante Entscheidung sein kann, wurde im ALD eigenen Technikum eine EBuild® 850 Anlage als Technologiedemonstrator installiert. Interessenten können dort ihre Produkte, Werkstoffe und Prozesse vorab testen, um dann in enger Abstimmung mit dem Engineeringteam der ALD die Anlagenplanung durchzuführen. Ziel ist es, ein auf individuelle Anforderungen zugeschnittenes schlüsselfertiges System inklusive Prozess- und Produktionsunterstützung zu konzipieren und zu liefern.

"Die Umstellung auf neue Technologien in der eigenen Produktion kann zu enttäuschenden Ergebnissen führen, wenn man nicht das volle Potenzial ausschöpft. Aus diesem Grund ist die EBuild® 850 keine Standardanlage, sondern speziell darauf ausgelegt, dem Nutzer die größtmögliche Gestaltungsfreiheit für seine Bauteile zu bieten und das zu produzieren, was benötigt wird, wenn es benötigt wird - ohne Angst vor explodierenden Energiekosten und hohen Materialverlusten.", fasst Dr. Osmanlic zusammen.

Weitere Informationen

(Quelle: Pressemeldung der ALD Vacuum Technologies GmbH)