Public procurement notice: Prior Information Notice Without Call For Competition
Published: 2022-01-17
Buyer: Technische Universität Kaiserslautern
Country: DE
Contract type: Supplies
CPV classification: 38636100 | 38636110
Estimated value: 800000 EUR

Technical requirements: Beabsichtigter Kauf einer Laser-Strahlschmelzanlage mit variablem Laserspotdurchmesser für die additive Fertigung von qualitativ hochwertigen Metallbauteilen inkl. Lieferung, Installation und Abnahme
Technische Universität Kaiserslautern Gottlieb-Daimler-Straße, Halle Geb. 57/231 67663 Kaiserslautern
Beabsichtigter Kauf einer Laser-Strahlschmelzanlage mit variablem Laserspotdurchmesser für die additive Fertigung von qualitativ hochwertigen Metallbauteilen inkl. Lieferung, Installation und Abnahme
Die Technische Universität Kaiserslautern beabsichtigt den Kauf einer Laser-Strahlschmelzanlage mit variablem Laserspotdurchmesser am 24.01.2022 bei der Firma EOS GmbH Electro Optical Systems in 82152 Krailling bei München.
Additive Fertigungsverfahren bieten in der produzierenden Industrie durch ihre große Gestaltungsfreiheit neue Möglichkeiten zur Fertigung funktionsintegrierter und innovativer Bauteile in nur einem Arbeitsschritt. Ein bereits etabliertes additives Fertigungsverfahren für metallische Werkstoffe ist das Laser-Strahlschmelzen (LBM, von engl. "Laser Beam Melting"). Diese Technologie bietet einige technologische Vorteile, wie beispielsweise eine hohe Maßhaltigkeit und die Möglichkeit relativ feine Strukturen zu fertigen. Die additiven Fertigungsverfahren, weisen jedoch auch wesentliche Nachteile auf, die aktuell eine weitere Verbreitung im industriellen Umfeld stark hemmen. Hierzu gehören vor allem die geringen Aufbauraten derzeitiger LBM-Anlagen, deren unzureichende Prozessüberwachung sowie ineffiziente Prozessgestaltungen. Dies führt zu einer geringen Effizienz der Fertigung, was oftmals durch hohe Ausschusskosten und hohe benötigte Energien bedingt wird.
Das übergeordnete Projektziel ist daher die Verbesserung der Einsatzfähigkeit im industriellen Umfeld im Kontext einer wirtschaftlichen Produktion kleiner Stückzahlen. Bisherige auf dem Markt verfügbare LBM-Anlagen verfügen über invariable Laserspotdurchmesser, welche eher zur Fertigung feiner Strukturgrößen ausgelegt sind. Der vielversprechendste Ansatz zur Steigerung der Aufbauraten im LBM-Prozess ist eine neuartige Scan-Technologie mit variablem Laserspotdurchmesser. Diese neuartige Scan-Technologie bietet die Möglichkeit den Laserspotdurchmesser an variierende Prozessanforderungen anzupassen. So können beispielsweise große Bauteilvolumina mit großen Laserspots (Millimeter-Bereich) und filigrane Strukturen bzw. Konturen mit feineren Laserspots (Mikrometer-Bereich) aufgebaut werden.
Weiterhin bieten digitale Modelle in Kombination mit der integrierten Überwachungssensorik der LBM Anlagen das Potenzial, durch eine intelligente Prozessüberwachung die Effizienz der Fertigungsprozesse hinsichtlich Bauteilqualität und Energieeinsatz zu verbessern. Im Projekt werden hierfür aktuelle Forschungsfortschritte im Bereich des "Deep Learnings" verwendet und weiterentwickelt.
Zum Erreichen des Projektziels ergeben sich folglich für die zu beschaffende LBM-Anlage einige Anforderungen, die in Form eines Lastenheftes zusammengefasst sind.
Prozessüberwachungssystem - Integriertes optisches Überwachungssystem mit Schnittstelle zum Datenexport notwendig
Unterstützung bei der Erstellung eines digitalen Zwillings der LBM-Anlage - Virtuelles Abbild zur Prüfung und Simulation der Prozesse bevorzugt
Mit Hilfe des Lastenheftes wurde eine umfängliche Marktrecherche durchgeführt. Dabei hat sich die "BigSpot"-Technologie des Anlagenherstellers EOS als einzige geeignete Lösung herauskristallisiert, da diese einen variablen Laserspot bis zu einem Durchmesser von 2 mm realisieren kann. Andere LBM-Anlagenhersteller, wie Trumpf oder Concept Laser (GE Additive), bieten ebenfalls variable Laserspotdurchmesser an, welche jedoch nur bis zu einem Maximalwert von 0,5 mm vergrößert werden können. Um größere Laserspots (>= 0,5 mm) realisieren zu können, bedarf es besonders beschichteter und geeigneter optischer Bauelemente, die mit den einhergehenden, steigenden Laserleistungen kompatibel sind. Solche optischen Elemente sind im Scanner der EOS-Anlage verbaut. Vorteil dieser "BigSpot"-Technologie ist die neuartige Scanning-Einheit. Diese BigSpot Scanning-Einheit kann mit der Anlage EOS M290 kombiniert werden, um bei ausreichend großem Bauvolumen die volle Leistung des variablen Laserspots ausnutzen zu können. Die Anlage kann durch diese neue Scanning-Einheit mit einer Laserstrahlquelle von bis zu 3 kW Leistung ausgestattet werden. Die bei hohen Leistungen auftretenden z-Shift Fehler werden durch zusätzliche Wellenfrontsensoren in der Scanning-Einheit korrigiert.
Weiterhin bietet EOS für die LBM-Anlagen mit dem optischen Überwachungssystem EOSTATE Exposure OT die Möglichkeit den Prozess zu überwachen. Dieses Tool misst in Echtzeit die Wärmeemissionen für jede aufgebaute Bauteilschicht, sodass eine zerstörungsfreie Bauteilprüfung während und nach dem Prozessdurch ermöglicht wird.
Basierend auf der geplanten Anlagenaustattung der EOS M290 mit Big Spot-Technologie ergeben sich weitere Möglichkeiten im Bereich der intelligenten Prozessüberwachung und -regelung. Durch die Echtzeitmessung der Wärmeemissionen ist beispielsweise auch eine dynamische Anpassung der Prozessparameter, insbesondere der Laserleistung, denkbar. So könnte die Prozessregelung nicht über eine konstante Laserleistung laufen, sondern über eine konstante Temperatur im Schmelzbad, welche durch Anpassung der Leistung erzeugt wird. Dies ermöglicht beim Aufbau größerer Volumina die Gefahr inhomogener Materialeigenschaften durch Überhitzung zu minimieren und gleichzeitig den Energiebedarf zu optimieren, da bei größeren Temperaturen auch weniger Laserleistung benötigt wird.
Lediglich EOS konzentriert sich mit der neuartigen BigSpot-Technologie auf die Erweiterung des Laserspotdurchmessers hin zu einem Bereich von bis zu 2 mm. Aufgrund des großen Variationsbereichs wird die Produktivität des LBM-Verfahrens durch die dadurch möglichen Aufbauraten signifikant gesteigert, ohne Einbußen im Bereich der Genauigkeit eingehen zu müssen. Die anderen Anlagenhersteller bieten lediglich Laserspots bis zu einem Durchmesser von maximal 0,5 mm an, was eine deutlich geringere Steigerung in der Aufbaurate zur Folge hat. Die EOS-Anlage erfüllt demnach als einzige Anlage alle Anforderungen des Lastenheftes und übertrifft sogar den geforderten Variationsbereichs des Laserspots. Folglich eignet sich die Anlage am besten für die erfolgreiche Durchführung des Forschungsvorhabens.


Award value: 800000