rpm erhält öffentliche Förderung zur Erforschung komplexer, elastischer Gitter mittels 3D-Druck

rpm – rapid product manufacturing ist federführender Partner in einem ZIM-Forschungsprojekt zur Entwicklung komplexer elastischer Gitterstrukturen mittels 3D-Druck. Das Projekt „Entwicklung von elastischen Gitterstrukturen mittels additiver Fertigung für verschiedene Anwendungen“ kommt von der AiF. Im Mittelpunkt des Projekts stehen das Digital Light Synthesis-Verfahren und die EPU41/EPU40-Materialien von Carbon 3D. Im Laufe des nächsten Jahres werden die wissenschaftlichen Grundlagen für Anwendungen mit Partnern aus der Industriegüter- und Konsumgüterindustrie gelegt.

Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie, neue Anwendungen

Im Jahr 2018 hat rpm als einer der ersten Dienstleister in Europa die Digital Light Synthesis (DLS) Technologie von Carbon3D eingeführt. Mit der DLS Technologie erhielt rpm eine AM-Technologie der nächsten Generation, die für die Produktion optimiert ist, hochauflösende Teile und serienreife Materialien liefert. Diese Kombination deckt einen anderen Produktionsbedarf als die anderen hauseigenen Gießtechnologien ab und brachte damit einen besseren Business Case für die aktuellen Kunden. In den letzten drei Jahren hat die kontinuierliche Weiterentwicklung der Software, der Materialien und der Nachbearbeitungssysteme den Preis und die Produktionszeiten weiter gesenkt.

Im Jahr 2020 produzierte rpm mehr Serienanwendungen (wiederkehrende Aufträge von 200 – 1.000 Einheiten in Abständen von 2-3 Monaten) als Prototypenteile mit DLS. Diese Produktionsveränderung zu sehen, bestätigt die Hypothese, mit der sie in die Technologie investierten. Die additive Serienfertigung ist angekommen und wird von neuen Technologien angetrieben.

Für die nächsten Jahre legt rpm einen bedeutenden Fokus auf den Aufbau einer Wissensdatenbank über Materialien, Konstruktionsregeln und Anwendungen mit Gitterstrukturen. Das Ziel ist es, ein führender Partner bei der Entwicklung von Anwendungen der nächsten Generation und der eigenen Produktion zu sein. Hierbei sind Gitterstrukturen eines der wichtigsten Ziele.

Dieses Projekt konzentriert sich auf DLS, weil Carbon3D die Serienproduktion in den Vordergrund ihrer Entwicklung gestellt hat. Die Materialoptionen und die Zuverlässigkeit der Maschinenprozesse ermöglichen es uns, eine Vielzahl von neuen Geschäftsanwendungen zu einem wettbewerbsfähigen Kostenpunkt abzudecken. Noch wichtiger ist, dass das Material standardisiert und validiert ist, so dass es auch beim zweiten, dritten und zwanzigsten Mal genau gleich gedruckt wird. Wenn dann noch die verbesserte Produktleistung der Teile durch Gitterstrukturen hinzukommt, die nur in der additiven Fertigung möglich sind, schaffen wir wirklich überlegene Produktlösungen.

Dr. Claus Thomy, Geschäftsführer, Vertrieb
rpm – rapid product manufacturing GmbH

ZiM-Projektförderung durch die AiF

Das ZIM-Projekt wurde von der AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.) zur Förderung des deutschen Mittelstandes in Forschung und Entwicklung bewilligt. Der offizielle Fördertitel lautet „Entwicklung von elastischen Gitterstrukturen mittels additiver Fertigung für verschiedene Anwendungen“ und wird sowohl auf der Entwicklungs- als auch auf der technischen Seite durch das Institut für Mikrotechnik der Universität Braunschweig unterstützt. Die Auswahl der Anwendungsgebiete erfolgte auf der Grundlage von Problemen, auf die rpm in den letzten Jahren bei Kunden mit spezifischen DLS-Anwendungen gestoßen ist. Es handelt sich um mechanische Konzepte, bei denen Gitter einen spezifischen Produktnutzen bringen können, die Anwendung aber einen gewissen Forschungs- und Entwicklungsaufwand erfordert, bevor sie produktionsreif sind. Dieses Projekt wird das Zögern der Kunden, für ungewisse Ergebnisse zu bezahlen überwinden und dieses geistige Eigentum rund um die Produktion direkt an rpm weitergeben.

rpm wird einen Projektplan durchlaufen und mit den Experten des Instituts für Mikrotechnik zusammenarbeiten, um verschiedene Geometrien zur Evaluierung herzustellen, mechanische Tests und Leistungstests zu durchlaufen und Prozessparameter für die Serienproduktion zu optimieren. Die sechs Anwendungen wurden so ausgewählt, dass die Erkenntnisse das gesamte Produktionswissen von rpm erweitern werden. Die F&E-Phasen sind jeweils entscheidend, um die Leistung der Bauteile, die Benutzererfahrung und die Kostenoptimierung zu adressieren, sodass der gesamte Produktlebenszyklus qualifiziert wird. Wenn das Projekt im Frühjahr 2022 abgeschlossen ist, wird eine Reihe von Demonstrationsmodellen und Prozessparametern vorliegen, die den Grundstein für die Produkte der Industrie legen werden.

Gitterstrukturen mit interner Kanalisierung mittels 3D-Druck

Die meisten der identifizierten Forschungsbereiche beinhalten das Hinzufügen von Kanälen innerhalb der elastischen Gitter, um die Produktfunktion zu verbessern. Diese Strukturen sind aus Sicht der Produktion und der mechanischen Eigenschaften eine Herausforderung, können aber eine neue Klasse von Produkten ermöglichen, die nur durch additive Fertigung möglich sind.

Zu den erforschten Anwendungen gehören:

  • Gezielte Kühlkanäle (aktiv und passiv) innerhalb gepolsterter Strukturen
  • Einsatz von Pneumatik zur Steuerung der mechanischen Funktion
  • Verwendung von Flüssigkeit zur Steuerung der mechanischen Funktion
  • Integration von thermischer Kühlung und Heizung innerhalb elastischer Teile
  • Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften mit Luft und Flüssigkeit
  • Integration von Strömungssystemen innerhalb elastischer Teile

Um einen zuverlässigen Produktionsablauf für diese flexiblen Gitter mit dünnen integrierten Kanälen zu schaffen, benötigt rpm eine genaue Abstimmung von Produktfunktion, Gitterdesign, Materialzuverlässigkeit und Maschinenleistung. Die ZIM-Forschungsmittel werden die Entwicklung dieser zukunftsweisenden Produktionsprozesse unterstützen. Die Erkenntnisse und Prozesse werden für eine Vielzahl von Produkten anwendbar sein. Von elektronischen Gütern bis zur Automatisierung und von High-End-Konsumgütern bis zu Hochleistungsmaschinen.

Die DLP-Technologie ermöglicht uns einen anderen Ansatz für das Produkt- und Teiledesign. rpm erkennt, dass Gitter sowohl aus technologischer als auch aus Materialsicht weiterhin eine Schlüsselanwendung sein werden. Nachdem wir seit mehr als zwei Jahren mit regelmäßigen und unregelmäßigen Gittern in EPU-Materialien arbeiten, sind wir bereit, diese nächste Generation der Produktion zu etablieren. Die ZiM-Förderung gibt uns den zusätzlichen Treibstoff, den wir brauchen, um die notwendige Forschung und Entwicklung durchzuführen und eine schnelle Produktherstellung vorzubereiten.

Dr. Jörg Gerken, Technischer Geschäftsführer
rpm – rapid product manufacturing GmbH