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Additive Fertigung Risse in 3-D-gedruckten Metallteilen vermeiden

Redakteur: Maximiliane Reichhardt

Beim selektiven Laserschmelzen bilden einige Metalle und Legierungen durch hohe Temperaturschwankungen Risse. Forscher entwickelten nun ein Verfahren, das einen fehlerfreien Metall-3-D-Druck garantieren soll.

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SLM-Prozess in einer Baukammer von SLM Solutions.
SLM-Prozess in einer Baukammer von SLM Solutions.
(Bild: Wolfram Schroll)

Forscher des Labors für thermomechanische Metallurgie (LMTM) der Universität École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) unter der Leitung von Roland Logé haben ein neues Verfahren entwickelt, bei dem während der Bauphase alle paar Schichten eine zweite Laserbehandlung durchgeführt wird. Das reduziere Rissbildungen drastisch und mache die Metallteile beständig gegen hohe Temperaturen, Beschädigungen und Korrosion.

Wie funktioniert das Laser-Shock-Peening?

Mit dem so genannten Laser-Shock-Peening, kurz LSP, konnten die Forscher während des 3-D-Druckens eigenen Angaben zufolge Risse im Handumdrehen „heilen“. LSP arbeite mit der periodischen Ausrichtung hochintensiver Laserpulse auf das zu bauende Bauteil. Er wirke wie eine Art hochenergetischer photonischer „Hammer“, der Stoßwellen durch das Material sendet. Das Verfahren besteht aus zwei Lasern. Der erste soll die metallischen Pulver schmelzen und das geschmolzene Material erwärmen, während der zweite an gezielten Stellen Spannungen im Bauteil erzeugen soll, um Risse zu beseitigen. „Das Laserschockstrahlen ist normalerweise für Oberflächenbehandlungen reserviert“, erklärt Logé. „Aber in unserem Fall ist es zu einer Massenbehandlung geworden, indem es in 3D im Material selbst arbeitet.“

3D-Druck! Und dann? – Postprocessing für die Additive Fertigung

Mehr zum Thema Additive Fertigung gibt es auf der Fachkonferenz „3D-Druck! Und dann? – Postprocessing für die Additive Fertigung” am 13. Februar 2020 im Vogel Convention Center in Würzburg. Die Konferenz geht vor allem auf Folgeprozesse der additiven Fertigung ein. Dabei werden Varianten der Nachbearbeitung vorgestellt, die speziell auf die Bedürfnisse additiv gefertigter Bauteile abgestimmt wurden. Außerdem werden Experten Möglichkeiten darbieten, wie bereits in der Konstruktion Vorkehrungen für eine leichtere Nachbearbeitung getroffen werden können.

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95 Prozent der Risse werden eliminiert

Die Ergebnisse sprechen für sich: Die Forscher fanden heraus, dass die Technik bis zu 95 Prozent der Risse eliminiert, die normalerweise bei einer Superlegierung auf Nickelbasis beobachtet werden. Sie planen nun, das Verfahren auf andere rissempfindliche Legierungen anzuwenden. „Dieses hybride 3D-Druckverfahren bietet Anwendungen, die weit über die Beseitigung von Rissen hinausgehen“, ergänzt Logé. „Wir fangen gerade erst an, sein volles Potenzial zu verstehen.“

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