Vectoflow startet gemeinsames Entwicklungsprojekt mit Fraunhofer IGCV und Aerosint im Wert von 1 Million Euro

Ein Stipendium aus dem Eurostars-Programm des Eureka-Netzwerks wurde an ein internationales Projektkonsortium vergeben, das sich aus drei Partnern aus Belgien und Deutschland zusammensetzt: Aerosint, einem Startup aus Lüttich, Belgien; Vectoflow, einem Startup aus München, Deutschland; und dem Forschungsinstitut Fraunhofer IGCV in Augsburg.

Das 2,5-jährige Projekt mit Gesamtkosten von über 1 Mio. EUR soll die Grundlage für die Herstellung von „intelligenten“ Strömungssonden in optimierten Geometrien durch additive Fertigung (AM) nach dem Verfahren des pulverbettbasierten selektiven Laserstrahlschmelzens (LPBF) sein. Die sich ergänzenden Kompetenzen der Konsortiumspartner waren der Schlüssel zu ihrem Erfolg bei der Sicherung der Finanzierung. Das Fraunhofer IGCV hat bahnbrechende Arbeit in der Laser-Co-Verarbeitung mehrerer Metalle geleistet, Aerosint hat eine Maschinentechnologie entwickelt, mit der LPBF-Systeme um mehrere Werkstoffe erweitert werden können und Vectoflow verfügt über umfangreiche Erfahrungen bei der Entwicklung von Strömungssonden für die Herstellung durch LPBF.

Obwohl Vectoflow bereits seit mehreren Jahren kundenspezifische, geometrieoptimierte Single-Material-Durchflusssonden mit LPBF herstellt, sehen sie einige klare Vorteile, die Multi-Material-AM für ihre Produkte bringen könnte. Katharina Kreitz, Geschäftsführerin von Vectoflow, erklärt Folgendes:

“To use multiple materials in one printing job opens up a world of possibilities. One immediate need is to directly print thermocouples into probes in the exact shape and position we want, rather than having to stop a build job and place prefabricated thermocouples by hand. We hope to meet this need with the technical competencies of Aerosint and Fraunhofer and with the financial support of the Eurostars grant.”

Strömungssonden, die für die Entwicklung von Düsentriebwerken und Gasturbinen verwendet werden, könnten genauer und langlebiger gemacht werden, wenn Temperatursensoren tief im Sondenkörper eingebettet werden könnten. Herkömmlich hergestellte Durchflusssonden sind teuer und werden häufig durch die Entwicklung und Prüfung von Turbinen bis zur Unbrauchbarkeit verbrannt, da keine genauen Temperaturinformationen aus dem Sondenkörper verfügbar sind. Eine Überwachung der Temperatur kann zum Schutz der Sonde beitragen.

Andere nützliche Funktionen könnten mittels eines Herstellungsverfahrens mit mehreren Materialien in Strömungssonden eingebaut werden. Strömungssonden, die als Geschwindigkeitssensoren (oder „Pitot-Röhren“) am Flugzeugrumpf angebracht sind, weisen kleine Kanäle auf, die unter bestimmten Wetterbedingungen durch Eis blockiert werden können, was möglicherweise schwerwiegende Folgen hat. Gefrorene Pitotrohre wurden als Grund für mehrere katastrophale Verkehrsunfälle bei Fluggesellschaften identifiziert, darunter der Air France-Flug 447 von Rio de Janeiro nach Paris im Jahr 2009. LPBF aus mehreren Materialien würde es Sondenherstellern ermöglichen, Pitotrohre mit komplex geformten 3D-gedruckten Heizelementen zu bauen, die den Abstand minimieren, über den Wärme diffundieren muss, um die Geschwindigkeitssensorkanäle zu erreichen. Dies macht es effektiv unmöglich, dass sich Eis bildet oder darin gefroren bleibt.

Diese Anwendungen sind nur zwei von vielen, bei denen Multi-Metall- und Multi-Material-LPBF die Sicherheit, Effizienz und Leistung bekannter Komponenten verbessern können. Es ist jedoch nicht trivial, LPBF multimaterialfähig zu machen. In LPBF müssen feine Pulver in sehr dünnen Schichten verteilt werden, bevor sie mit einem Laser verfestigt werden. Dieser Pulverbeschichtungsprozess wurde in der Vergangenheit mit Schaberklingen oder gegenläufigen Walzensystemen durchgeführt, die das Pulver gleichmäßig, aber nicht selektiv auf der Oberfläche des Aufbaus verteilen. Da das derzeitige Pulverauftragsverfahren nicht selektiv ist, kann es nicht das leisten, was für LPBF mit mehreren Materialien erforderlich ist: Ablagern mehrerer Pulver mit räumlicher Selektivität in einer einzigen Schicht. Der Geschäftsführer von Aerosint, Edouard Moens de Hase, erklärt Folgendes:

“Aerosint’s system enables full control over the placement of voxels of powder from multiple materials, which is a basic requirement for multi-material LPBF. It’s really a paradigm shift with respect to the traditional process, but it’s one that’s completely necessary if we want to make multi-material additive manufacturing scalable and useful other than simply for prototyping. We’re happy to have similarly forward-thinking partners in Vectoflow and Fraunhofer IGCV for this Eurostars project.”

Natürlich ist die Pulverbeschichtung nur ein Schritt in diesem Prozess. Möglicherweise besteht die grundlegendere Herausforderung darin, mehrere Materialien in einem einzigen Fertigungsprozess zu verarbeiten. Durch Softwaremodifikationen können die Laserleistung und die Scanparameter im Handumdrehen geändert werden, um sie an unterschiedliche Materialien anzupassen. Möglicherweise gibt es jedoch physikalische Grenzen, an denen Materialien kombiniert werden können, ohne dass Probleme mit der Grenzflächenkohäsion und Rissbildung auftreten. Dennoch hat Christine Anstätt vom Fraunhofer IGCV Materialien, die bisher als inkompatibel galten, erfolgreich mitverarbeitet:

“The combination of steel and a copper alloy in a single build process was not thought to be possible mainly due to their very different material properties – especially in terms of thermal conductivity and coefficient of thermal expansion. However, by adapting the scanning order, overlap area between the two materials and tuning the process parameters, we were able to build dense bimetallic parts without imperfections.”

Durch den Einbau des Aerosint-Beschichtungssystems in eine vorhandene LPBF-Maschine und die Nutzung des Know-hows des Fraunhofer IGCV im Bereich der Lasermaterial-Co-Verarbeitung werden vom Team Proof-of-Concept-Demonstrator-Durchflusssonden gebaut, die von Vectoflow auf einwandfreie Funktion getestet werden.

Das Projekt soll im Oktober 2019 beginnen und eine Laufzeit von 30 Monaten haben.

Über Eurostars und das Eureka-Netzwerk

Logo Eurostars

Informationen finden Sie hier: https://www.eurostars-eureka.eu/about-eurostars https://www.eurekanetwork.org/about-eureka

Über Aerosint

Aerosint (Lüttich, Belgien) hat ein selektives Pulverabscheidungssystem entwickelt, das den traditionellen Single-Material-Überzug in Laser-Pulverbett-Schmelzprozessen ersetzt und es ihnen ermöglicht, Teile aus mehreren Materialien herzustellen. Die Strukturierung von Metall-, Polymer- und Keramikpulvern ist möglich. Bitte wenden Sie sich an info@aerosint.com, um weitere Informationen zu erhalten.

Über Fraunhofer IGCV

Das Fraunhofer-Institut für Guss-, Verbund- und Verfahrenstechnik (IGCV) mit Sitz in Augsburg ist führend in additiven Fertigungstechnologien mit den Schwerpunkten Materialqualifizierung, Multimaterialverarbeitung, Prozesssimulation und multifunktionaler Teilefertigung mit eingebetteten Sensoren. Bitte kontaktieren Sie Georg Schlick (georg.schlick@igcv.fraunhofer.de) für weitere Informationen.

Aerosint Fraunhofer

Der Prozess von Vectoflow ermöglicht komplexe, benutzerdefinierte Mehrloch-Sondengeometrien (links). Dank der Pulverbeschichtungstechnologie (Mitte) von Aerosint und der Multi-Metal-Co-Printing-Expertise (rechts) des Fraunhofer IGCV können Temperatursensoren und interne Heizelemente direkt im Sondenkörper gedruckt werden.