Metall-3D-Druck Optimierte Bauteile durch neues 3D-Druckverfahren

Von Hochschule Aalen

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Effizienter, günstiger, zuverlässiger und vor allem – schneller druckbar: Das alles soll eine neue intelligente Anlage ermöglichen, die ein Forschungsteam an der Hochschule Aalen für den 3D-Druck von Metallteilen entwickelt hat.

Das Forschungsteam des Laser Applikations Zentrum an der Hochschule Aalen entwickelte eine Anlage, die Bauteile optimiert im 3D-Druckverfahren aus Metallpulver anfertigt.
Das Forschungsteam des Laser Applikations Zentrum an der Hochschule Aalen entwickelte eine Anlage, die Bauteile optimiert im 3D-Druckverfahren aus Metallpulver anfertigt.
(Bild: Hochschule Aalen)

Mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Verfahren hat das Laser-Applikations-Zentrum (LAZ) einen Weg gefunden, Metallbauteile mit bis zu 20 % weniger Ressourcenverbrauch anzufertigen. Mit dem im September gestartetem Projekt können somit auch komplexe Geometrien für spezifische Sonderteile aus Metall hergestellt werden.

Das LPBF-Verfahren trägt das Metallpulver schichtweise auf und verschmilzt es dann mithilfe eines Laserstrahls mit der darunterliegenden Bauteilschicht. Anschließend kann man die endgültige Form aus dem Pulverbett entnehmen und das überschüssige Pulver absaugen.

Problem der unterschiedlichen Temperaturen

Für mehr Stabilität sollen dünne Stäbchen sorgen, die das Bauteil an die Bauplattform anbinden. Diese Stützstruktur wird jedoch im Nachhinein wieder entfernt, wodurch mehr Aufwand durch weitere Kosten und Ressourcen entsteht. Zusätzlich bleibt bei der momentan verwendeten Technik der Energieeintrag während dem Laservorgang konstant, trotz verschiedener Wandstärken. Das Material erhitzt sich somit an mehreren Stellen unterschiedlich stark und kühlt auch verschieden schnell ab. Folglich kann das Teil durch eine mögliche Überhitzung reißen oder sich verziehen.

Idealerweise sollte sich die Laserleistung den uneinheitlichen Temperaturen anpassen, um zu verhindern, dass Risse oder Eigenspannungen entstehen. Mit einer optimalen Laserbehandlung könnte man zudem Zeit, Ressourcen und Kosten sparen und den nachträglichen Mehraufwand geringhalten.

Ein innovatives Optik-System

Das neue, auf zwei Jahre angelegte Projekt Pyro-LPBF entwickelte das LAZ, um eine selbständige Temperaturregelung zu ermöglichen. Dabei erfasst ein Highspeed-Pyrometer die Temperatur im Laserspot, sodass das System in Echtzeit in den Fertigungsprozess eingreifen kann. Laut Markus Hofele, Doktorand am LAZ, benötige diese Technik weniger Zeit zum Drucken und verbrauche eine geringere Menge an Pulvermaterial.

Der Pyrometer sei in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Sensortherm entstanden und die Firma Scanlab habe bei dem Scan-System mitgewirkt. Darüber hinaus arbeite man gerade mit der Firma Autodesk an einem Machine Control Framework für die Steuerung von Anlagen und Prozessen.

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