Verfolgen Sie die Möglichkeiten des stützenfreien Bauens mit Smart Fusion

20. September 2023 | Lesedauer: 5 min

Das unterstützungsfreie Bauen für die additive Fertigung von Metall ist noch nicht alltäglich, aber es hat sich als machbar erwiesen. Die revolutionäre Echtzeit-Prozesssteuerung von EOS Smart Fusion wird eine wichtige Rolle bei der Verwirklichung der Vision der Ingenieure vom unterstützungsarmen oder unterstützungsfreien 3D-Druck von Metall spielen.

Die Experten von EOS arbeiten zwar an mehreren stützenfreien Projekten, aber die Aussicht darauf bereitet einigen in der additiven Metallfertigung (AM) Sorgen. Die Aspekte eines Bauprojekts, mit denen die Halterungen verbunden sind - einschließlich der Ausrichtung des Teils, des Designs, der Wärmeübertragung und der Wiederbeschichtung - haben alle einen großen Einfluss auf den Erfolg oder Misserfolg des Projekts. Es gibt einige verständliche Vorbehalte gegenüber der Idee, einen historisch wirksamen Ansatz aufzugeben

Mit Smart Fusion, einem Highlight des neuen EOS Smart Monitoring-Abonnements, können durch die schichtweise Echtzeit-Kontrolle des Bauprozesses einige der größten Risiken, die traditionell mit Stützen verbunden sind, gemindert oder beseitigt werden. Die Nutzung dieser Technologie ist in der Praxis von Vorteil - durch die Verringerung des Überhitzungsrisikos, die Erhöhung der Erfolgsquote bei der Montage und die Verwendung von wenigen oder gar keinen Stützen - und bietet AM-Designern eine noch nie dagewesene Freiheit.

In diesem Blog werden wir die Entstehungsgeschichte des unterstützungsfreien Konzepts untersuchen, einen umfassenden Blick auf die einzigartige Art und Weise werfen, wie Smart Fusion den Ingenieuren hilft, sich diesem Konzept anzunähern, und einige zukünftige Auswirkungen dieser Fortschritte in der Metall-AM betrachten.

Die Grenzen der Unterstützungen

Bis vor kurzem galten Stützen als unvermeidliche Realität der additiven Fertigung von Metallteilen. Sie werden während des Bauprozesses mit demselben Pulver wie das herzustellende Teil zusammengesetzt und strategisch nach Bedarf platziert. Die Stützen werden dann in der Nachbearbeitung entfernt.

Teile mit komplexen Strukturen, bei denen ein großer Teil der Oberfläche die Bauplatte des 3D-Druckers nicht berührt, benötigen Stützen, um die Integrität der Baugruppe zu gewährleisten. Das Gleiche gilt seit jeher für Konstruktionen mit Kanälen, Löchern oder Überhängen, die spitzer als 45 Grad (oder in einem anderen ähnlich spitzen Winkel) sind. Aber Störungen, die durch übermäßige Laserleistung, thermische Spannungen und Schäden an der Beschichtungsplatte entstehen, sind in der Regel die Hauptgründe für den Einsatz von Stützen.

Die Stützen brachten erhebliche Nachteile mit sich - erhöhte Gesamtdruckzeit, zusätzlicher Materialverbrauch, langwierige Nachbearbeitung und Reinigung -, aber erst in den letzten Jahren begannen die Experten für additive Verfahren ernsthaft an alternativen Methoden zu arbeiten.

Entstehung des Supportless-Konzepts

Die Faktoren, die angepasst werden, um den Bedarf an Stützen zu verringern (und wenn möglich zu eliminieren), sind unterschiedlich. Das Design kann eine Rolle spielen - zum Beispiel, indem die Spezifikationen der Wände oder Bögen eines Teils so geplant werden, dass sie selbsttragend sind. 

Die Optimierung von Prozessen und Parametern ist sogar noch wichtiger: Die Laserleistung ist entscheidend, aber auch viele andere Parameter können angepasst werden, um das stützenfreie Bauen zu erleichtern, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Scangeschwindigkeit, das Scanmuster, Anpassungen der Downskin-Maße (die nach unten gerichtete Oberfläche des Teils) und Wiederbeschichtungstechniken.

Die Kraft der intelligenten Fusion

Die Ingenieure von EOS und die Experten unseres Additive Minds-Teams haben viel Zeit und Ressourcen in die Entwicklung von Technologien und Prozessoptimierungstechniken gesteckt, um die unterstützungsfreie Metall-AM zu erleichtern. Eine unserer wichtigsten Entwicklungen in diesem Bereich - wenn auch eine mit klarem Nutzen für alle Metall-AM-Aufgaben - ist Smart Fusion. 

Wir haben Smart Fusion bei seiner Ankündigung als "bahnbrechend" bezeichnet, und das war vielleicht zu kurz gegriffen. Diese Softwarelösung ermöglicht ein intelligentes Wärmemanagement mit einem noch nie dagewesenen Maß an Echtzeitkontrolle. Smart Fusion stellt sicher, dass die Laserleistung eines 3D-Metalldrucksystems immer mit den in EOSPRINT festgelegten Parametern übereinstimmt, indem es die Laserabsorption des Pulverbetts misst und die Laserleistung bei Bedarf nach oben oder unten anpasst. Hochentwickelte, komplexe Algorithmen regeln die Funktion des Lasers, um das Wärmeniveau konstant zu halten und so das Risiko einer Überhitzung stark zu reduzieren. 

Aufgrund des geringeren Hitzerisikos, das einer der Hauptgründe für die Verwendung von Stützen ist, können Sie die Anzahl der Stützen für einen bestimmten Bau um bis zu 75 % reduzieren. In Wahrheit tragen alle Vorteile, die Smart Fusion Ihnen während des Aufbaus bietet, zu Umständen bei, die das Bauen ohne Stützen einfacher machen. Zum einen können Ihre Builds 2 bis 5 Mal schneller sein. Bei beschleunigtem Bau und minimalen Überhitzungsgefahren ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass ein Wiederbeschichtungsmesser den Prozess unterbricht oder andere temperaturbedingte Spannungen auftreten. Wenn Sie diese Risiken reduzieren, verringern Sie den Bedarf an Stützen.

Der Wert der präzisen Prozesssteuerung von Smart Fusion geht über den eigentlichen Bauprozess hinaus. Letztendlich verbessern Sie die Konsistenz der Fertigung und erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teil gleich beim ersten Mal richtig ist - und minimieren so die Kosten pro Teil und den Ressourcenaufwand für mehrere Teileiterationen.

Einblicke von EXPOSURE OT = Treibstoff für Smart Fusion

Smart Fusion steht in engem Zusammenhang mit der EOSTATE EXPOSURE OT-Plattform. (Daher sind sie im EOS Smart Monitoring-Abonnementplan gekoppelt.) 

EOSTATE EXPOSURE OT kombiniert optische Nahinfrarot-Tomographie-Hardware und komplexe Analysesoftware. Die Kamera zeichnet OT-Bilder von Bauaufträgen in Echtzeit auf, und die fortschrittlichen Algorithmen des Softwareprogramms erkennen heiße Stellen, kalte Stellen oder andere Anomalien in der Wärmeverteilung sowie alle vorhandenen oder potenziellen Fehler, zu denen diese führen könnten. Anhand dieser OT-Daten und der Steuerungseinstellungen in der Software kann Smart Fusion den entsprechenden Laserkorrekturfaktor (LCF) anwenden und die sichere Produktion von Metallteilen gemäß den Spezifikationen gewährleisten.

Die Zukunft von Metal AM mit null (oder wenig) Unterstützung(en)

Da das stützenfreie Bauen noch in den Kinderschuhen steckt, ist es kein Verfahren, in das jeder Anwender der additiven Fertigung von Metall einsteigen kann. Für die unmittelbare Zukunft könnte "stützenfrei" eher bedeuten, dass es nur sehr wenige Stützen gibt als gar keine. Außerdem wird es einige Anwendungen geben, für die das Verfahren nicht ideal ist, z. B. solche, die besonders komplexe Teilegeometrien oder größere Teile erfordern.

Langfristig ist EOS jedoch davon überzeugt, dass der Wert des stützenfreien Bauens seine Grenzen überwiegt und dass unser Engagement uns zu Technologien und Prozessen führen wird, die dazu beitragen, diese Mängel zu beseitigen. Die potenziellen Vorteile sind einfach zu groß, um sie zu ignorieren: Neben langfristigen Kosteneinsparungen (insbesondere bei den Kosten pro Teil), verbesserter Produktivität und gleichmäßigerer Qualität der Teile wird das stützenfreie Bauen dazu beitragen, den Materialverbrauch zu senken, was sich positiv auf die verantwortungsvolle Herstellung und die Nachhaltigkeitsziele auswirkt.

In dieser Fallstudie erfahren Sie, wie die Experten von EOS bei der Konstruktion eines komplizierten Laufradteils auf interne Stützen verzichten konnten und nur wenige externe Stützen erforderlich waren. Wenn Sie mehr über Smart Fusion, den Smart Monitoring Plan, EOS Metallsysteme, Software, Werkstoffe und mehr erfahren möchten, kontaktieren Sie uns noch heute.