Im Sommer 2021 startet das IFSW gemeinsam mit den Partnern vom LAZ der Hochschule Aalen und dem wbk des Karlsruher Institut für Technologie das Forschungsprojekt ADDSUB. Das gemeinsame Ziel dieser Forschungsgruppe ist es, die Effizienz einer Transversalflussmaschine - einem Elektromotor für Radnabenantriebe - durch interdisziplinäre technologische sowie wissenschaftliche Zusammenarbeit wesentlich zu steigern.
Das IFSW entwickelt dazu die notwendige laserbasierte Fertigungstechnologie. Durch die Kombination additiver und subtraktiver Prozesse auf ein und derselben Maschine sollen bisher unerreichte filigrane, innenliegende Mikrohohlstrukturen zur Reduzierung von Ummagnetisierungsverlustenin topologieoptimierten weichmagnetischen Komponenten realisierbar werden.
Mit dem additiven ‚Laser Powder Bed Fusion‘-Verfahren können weichmagnetische Komponenten mit konkurrenzloser Gestaltungsfreiheit hergestellt werden. Zur Steigerung von Effizienz, Drehmoment- und Leistungsdichte der E‑Maschinen muss der Volumenanteil des weichmagnetischen Materials gegenüber den Hohlstrukturen maximiert und daher die Breite der isolierenden Hohlräume deutlich unter das derzeit mit additiven Prozessen reproduzierbare Maß von ca. 100 µm verkleinert werden. Dies soll im Vorhaben u.a. dadurch erreicht werden, dass zwischen den additiven Aufbauschritten der einzelnen Materialschichten durch einen geregelten Abtragprozess mittels ultrakurzer Laserpulse hochpräzise Mikrohohlstrukturen erzeugt werden.
Der erste Schritt zur Integration der additiven und subtraktiven Prozesse auf einer Maschine ist am IFSW bereits vollzogen und die Ergebnisse sind beeindruckend [1]. Dieser Lösungsansatz ist aber auch ein gelungenes Beispiel dafür, welches enorme Potential in der Kombination und der Integration verschiedener Laserverfahren in einer Anlage steckt, insbesondere über die bloße Verkettung von laserbasierten Fertigungstechnologien hinaus. Vor diesem Hintergrund kann das ADDSUB-Projekt über neue technologische und wissenschaftliche Erkenntnisse hinaus auch einen wichtigen Baustein liefern für die Vision einer Universalmaschine, welche unterschiedliche Prozesse aus allen sechs nach DIN 8580 definierten Hauptgruppen der Fertigungsverfahren in sich vereint und ideal kombiniert: Dem Produktionssystem der Zukunft [2].
[1] Henn M., Buser M., Onuseit V., Weber R., Graf T.: Combining LPBF and ultrafast laser processing to produce parts with deep microstructures. In: Lasers in Manufacturing Conference 2021, Munich
[2] Graf T., Hoßfeld M., Onuseit V. (2021) A Universal Machine: Enabling Digital Manufacturing with Laser Technology. In: Weißgraeber P., Heieck F., Ackermann C. (eds) Advances in Automotive Production Technology – Theory and Application. ARENA2036. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-62962-8_45
Kontakt: Matthias Buser und Manuel Henn