Zukunft additiver Fertigung

Anbieter zum Thema

ETH Zürich Institute of Virtual Manufacturing

2. Werkstofffragen

Urformende Fertigungsverfahren sind nach DIN 8580 dadurch gekennzeichnet, dass Werkstoffeigenschaften und Geometrie gleichzeitig erzeugt werden. Durch die Herstellparameter, vor allem das Ausgangsmaterial, die Bahnplanung, Scangeschwindigkeit und Leistungsdichte, werden die Werkstoffeigenschaften definiert. Für jede Legierung muss ein Prozessfenster neu identifiziert werden, um ein riss- und anbindefehlerfreies Bauteil, ein Optimum an Materialdichte und damit auch die gewünschten Materialeigenschaften zu erreichen. Nun hat man sich daran gewöhnt, dass bestimmte Fertigungsverfahren auch speziell dafür geeignete Materialien hervorgerufen haben, wie z. B. Tiefziehstähle, Automatenstähle, usw. Diese Entwicklung steht für AM noch aus. So ist bereits bekannt, dass z.B. die zugelassenen Streubreiten der Legierungsbestandteile von Nickelbasislegierungen Legierungen ermöglichen, bei denen die zugehörigen Prozessfenster weit auseinanderliegen und daher für AM enger spezifiziert werden müssen. Bekannt ist hier auch die Heissrissempfindlichkeit, die aufgrund der schnellen Abkühlung zur Anreicherung bestimmter Legierungselemente an der Erstarrungsfront und damit zur Herabsetzung der Schmelztemperatur der Restschmelze führt. Die fortgesetzte Beschäftigung mit den AM-Verfahren wird jedoch dafür sorgen, dass die meisten Metalle auch additiv verarbeitbar werden. Auch die Eigenschaften des zugeführten Rohmaterials, z. B. die Pulvereigenschaften, spielen für die Verarbeitbarkeit eine wesentliche Rolle, wobei die Dichte der Pulverschüttung, die Grössenverteilung und daraus resultierend das Absorptionsverhalten einen grossen Einfluss haben.

Umgekehrt lassen sich die Verfahrenseigenschaften auch gezielt dazu ausnutzen, um neue Materialien zu entwickeln. So konnte das inspire icams erstmals eine Metall-Diamant-Dispersion herstellen, was der sehr hohen Dynamik und schnellen Abkühlgeschwindigkeit des SLM-Verfahrens zu verdanken ist.

Nützlich für Kleinverbraucher von speziellen Materialien ist auch, dass SLM und DMD zur Mikrometallurgie eingesetzt werden können. Durch Mischen und Verschmelzen verschiedener Pulversorten können in weiten Grenzen neue Legierungen erzeugt werden, die auch weit vom thermodynamischen Gleichgewicht entfernt sein können.

Die mechanischen Eigenschaften sind von dem erzeugten Gefüge abhängig. Weitere Forschung und Optimierung wird auch hier dazu führen, dass gleiche oder sogar bessere Materialeigenschaften erreicht werden wie in konventionell erschmolzenen Materialien. Heute kann als Faustregel gelten, dass die statischen Festigkeitswerte etwa dem konventionell erzeugten Material entsprechen, die dynamischen Werte um circa 10 bis 20 Prozent schlechter sind. Kennzeichnend ist zudem die Anisotropie durch den schichtweisen Aufbau.

(ID:44314686)

Wissenschaft

Zukunft additiver Fertigung

2. Werkstofffragen