Forschung Multimaterial im Pulverbett

Auch im Laserstrahlschmelzen können verschiedene Metalle gedruckt werden – bisher aber nur in der Forschung. Denn noch sind die Maschinen nicht darauf ausgelegt, die Konstrukteure nicht vorbereitet und das Postprocessing problematisch.

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Ein im Pulverbett additiv gefertigter Werkzeugeinsatz, der aus abriebfestem Werkzeugstahl und einer gut wärmeleitfähigen Kupferlegierung besteht, ist derzeit nicht möglich. Glauben wir zumindest. Das Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV zeigt, dass es doch geht. Dort werden Spritzgusseinsätze aus zwei Werkstoffen per Laserstrahlschmelzen (laser beam melting, LBM oder auch SLM) hergestellt. Ein Kunststofftechniker kann sich mit den Einsätzen über deutlich kürzere Zykluszeiten bei der Fertigung von Kunststoffbauteilen freuen. Aber auch die E-Mobility kann mit einer Kombination aus Aluminium- und Kupferlegierungen beim Motorenbau Kosten sparen.

Wenn der Multimaterialdruck bei SLM-Verfahren Vorteile bringt, warum arbeiten nicht schon längst alle damit? Weil man nicht einfach zwei unterschiedliche Pulvermaterialien in einem Bauraum mischen kann. Es scheitert schon mal daran, dass die Maschinen nicht darauf ausgelegt sind. Das Problem haben die Forscher am Fraunhofer IGCV gelöst, indem sie 3D-Drucker auf die Prozessbedingungen des Multimaterialdrucks hin erweitert haben. Außerdem gibt es einiges in der Konstruktion der Bauteile zu bedenken. Schließlich treffen zwei Werkstoffe aufeinander, die höchstwahrscheinlich andere Schmelzpunkte haben.

Mit den richtigen Parametern, versteckt sich nach dem Baujob ein Mulitmaterialbauteil im Pulverkuchen. Jetzt wird es wieder kritisch. Das Bauteil muss entnommen und gereinigt werden, wahrscheinlich wird eine Wärmenachbehandlung durchgeführt und das Pulver wieder aufbereitet. Aber es sind mindestens zwei Pulver, die sich im Reinigungsprozess unterschiedlich verhalten und wahrscheinlich auch unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzen. Gerade in der Wärmebehandlung sind die Herausforderungen groß. Besteht doch hier die Gefahr, die Eigenschaften des einen Materials abzuschwächen, während man die des anderen hervorhebt.

Beim Pulverrecycling hingegen könnte es wieder einfach werden, je nachdem welche Werkstoffe man gewählt hat. Unter anderem Möglichkeiten haben die Forscher am Fraunhofer IGCV eine automatisierte Pulversiebmaschine entwickelt, die die beiden Werkstoffe zu fast 100 Prozent von einander trennen soll.

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