Additive Fertigung / Metall

Die additive Fertigung mittels selektivem Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen beschreibt pulverbettbasierte Urform-Verfahren mit der Möglichkeit, Bauteile direkt aus CAD-Daten schichtweise aufzubauen. Damit ist eine schnelle und werkzeuglose Herstellung komplexer Bauteile in einem Prozessschritt möglich. Die Bauteilkosten sind nahezu unabhängig von der Komplexität, wodurch die Herstellung individualisierter Einzelteile oder Kleinserien kostengünstig erfolgen kann.

Das selektive Elektronenstrahlschmelzen (Selective Electron Beam Melting, SEBM) nutzt den Elektronenstrahl als Energiequelle, um das Ausgangsmaterial (Metallpulver) lokal zu schmelzen (selektive Verfestigung) und schichtweise in ein kompaktes Bauteil zu überführen. Dabei wird die kinetische Energie der beschleunigten Elektronen durch Wechselwirkung mit dem metallischen Werkstoff in Bewegungsenergie umgewandelt. Diese Bewegungsenergie im Gitterverbund führt zum Aufschmelzen des Werkstoffs. Das selektive Laserstrahlschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) nutzt für die Anregung des Gitterverbunds und das Aufschmelzen des Werkstoffs die Energie von Photonen.

Das Elektronenstrahlschmelzen eignet sich insbesondere für die Verarbeitung hochschmelzender und stark reflektierender Werkstoffe (Ni-Basiswerkstoffe, Titanaluminide, Reinkupfer). Die Verunreinigung der Pulver mit Sauerstoff und Stickstoff wird durch den unter Vakuum durchgeführten Prozess auf ein Minimum reduziert. Elektromagnetische Linsen ermöglichen eine trägheitsfreie Ablenkung des Elektronenstrahls und hohe Bauraten.

Im Vergleich zum SEBM-Prozess sind beim Laserstrahlschmelzen Anlagensysteme mit reduziertem Strahldurchmesser verfügbar. In Kombination mit kleinen Pulverfraktionen lassen sich Bauteile mit verbesserter Oberflächenqualität fertigen, wodurch der Nachbearbeitungsaufwand reduziert wird. Das Laserstrahlschmelzen findet unter Schutzgas statt und reduziert damit das Abdampfen einzelner Legierungselemente beim Aufschmelzen. Der SLM-Prozess bietet sich für die Verarbeitung von Aluminiumlegierungen, Stahl und niedrigschmelzenden Ni-Basiswerkstoffen an.

Allgemeine Verfahrensvorteile:

  • Designfreiheit und Funktionsintegration (werkzeugloses Fertigungsverfahren)
  • Verbesserte Werkstoffeigenschaften (rasche Erstarrung, feine Mikrostruktur, Porosität < 0,3 %)
  • Rohstoffeffizienz (überschüssiges Pulver kann im Kreislauf geführt werden)
  • Verkürzte Vorlaufzeiten (Bauteilfertigung direkt aus CAD-Daten)

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Carolin Körner

Dr.-Ing. Martin Franke

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