3D-Druck

Additive Manufacturing: 3D-Druck de luxe?

30.11.15 | Autor / Redakteur: Nikolaus Fecht / Susanne Reinshagen

Kennzeichen 3D: Im Laserschmelzverfahren lassen sich Bauteile aus Metall (hier das Modell eines Planetengetriebes) fertigen, die aufgrund ihrer komplexen Geometrien mit konventionellen Verfahren kaum oder nicht herstellbar wären. (Bild: Audi)

Firmen zum Thema

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GGT Gleit-Technik AG

Während in den Medien das Hype-Thema 3D-Printing für jedermann kursiert, setzen Aachener Forscher auf Laser Additive Manufacturing (LAM). Doch was bringt die Technologie der Industrie, ist es mehr als nur 3D-Druck de luxe?

Am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen entstanden zwei bereits in der Praxis langjährige bewährte LAM-Verfahren zum endkonturennahen Reparieren beziehungsweise Fertigen von Metallbauteilen: das Laserstrahl-Auftragsschweissen (LMD: Laser Material Deposition) und das selektive Laserschmelzen (SLM: Selective Laser Melting). Doch der Schub nach vorne kommt erst mit schnelleren Verfahren. So hat das Fraunhofer-ILT die Aufbauraten beim SLM seit 2003 von 1 auf 20 mm³/s erhöht.

Nötig ist massgeschneidertes Pulver

Die Experten aus Aachen optimieren aber auch die Prozesse. «Man sollte die Aufbaurate individuell anpassen», erklärt Adj. Prof. Dr. Ingomar Kelbassa vom ILT. «Nachdem die Aussenkontur mit hoher Genauigkeit langsam aufgebaut wurde, lässt sich der grobe Kern sehr schnell schichtweise erzeugen.» Ein Beispiel ist ein Bauteil aus Edelstahl, dessen Kontur mit 50 µm dicken Schichten (Laserleistung: 350 W; Strahldurchmesser: 200 µm) und dessen Kern mit 200 µm Schichten (1000 W/1000 µm) entstand. Um derartige Herstellprozesse weiter zu beschleunigen, arbeiten die Aachener mittlerweile in Sachen SLM sogar mit noch grösserer Laserleistung.

Probleme gäbe es noch bei den Rohmaterialien, den Metallpulvern: Sorge bereitet Kelbassa beispielsweise der zum Teil sehr hohe Anteil von Reststickstoff in den Legierungen. «Der hohe Stickstoffanteil in Nickelbasis-Legierungen wie beispielsweise Inconel 718 führt zu Bildung von Titannitriden, die Mikrorisse in der Werkstoff-Matrix induzieren», nennt der Experte die Folgen. «Das Problem besteht darin, dass viele Metallpulver bereits vor Jahrzehnten für thermische Spritzverfahren entwickelt wurden. Doch es gibt bisher keine für LAM massgeschneiderten Pulver.» Ausserdem vermisst der Wissenschaftler auch die entsprechende Software. Kelbassa: «Leider gibt es bisher für die Process-Guys wie uns keine CAD-Software und Simulationstools für echtes, dreidimensionales Multimaterial-Design noch für filigrane Geometrien wie dünnwandige Gitterstrukturen.»