Adaptive Bahnplanung für die additive Fertigung von Freiformgeometrien mittels Kaltgasspritzens

Die additive Fertigung mittels Kaltgasspritzens (Cold Spray Additive Manufacturing, CSAM) bietet ein vielversprechendes Verfahren zur Herstellung und Reparatur metallischer Bauteile, insbesondere solcher aus temperaturkritischen Werkstoffen wie Kupfer oder Aluminium. Im Gegensatz zu thermischen, Verfahren basiert CSAM auf der plastischen Verfestigung von Partikeln durch hochkinetische Aufprallprozesse, wodurch thermische Einflüsse auf das Spritzmaterial und das Substrat vermieden werden. Diese Charakteristik eröffnet neue Anwendungsfelder, stellt jedoch auch besondere Anforderungen an die Prozessplanung und Systemintegration. Zur Bewältigung dieser Herausforderungen wurde ein adaptives Bahnplanungssystem entwickelt, das die Besonderheiten des kontinuierlichen Materialauftrags und die begrenzte Bewegungsfreiheit robotergeführter Kaltgasspritzsysteme berücksichtigt. Zentrale Bestandteile des Systems sind ein modifizierter Slicer zur Generierung nicht-planarer Schichten, eine automatisierte Bahnorientierung unter Berücksichtigung der Bauteilgeometrie sowie eine datenbasierte Integration empirisch ermittelter Footprint-Geometrien. Letztere ermöglichen eine realitätsnahe Vorhersage der Schichtbildung und wurden für verschiedene Werkstoffe durch experimentelle Untersuchungen validiert. Das System wurde erfolgreich in eine Roboterzelle implementiert und anhand dreidimensionaler Demonstratorbauteile getestet. Die Ergebnisse zeigen eine hohe Maßhaltigkeit, Homogenität und Kohäsion der erzeugten Schichten.