Neues Metall-Laserstrahlverfahren könnte den 3D-Druck mit Metall weiter revolutionieren
Zu den eindrucksvollsten und zugleich komplexesten 3D-Druckverfahren gehört zweifellos der Metall 3D Druck, weshalb auf diesem Gebiet – neben Universitäten und anderen Forschungseinrichtungen – bislang nur wenige professionelle Anbieter aktiv sind. Neben der anspruchsvollen Handhabung sind es vor allem die hohen Kosten für Metall-3D-Drucker, die viele potenzielle 3D-Druck-Nutzer davon abhalten, Metall 3D-drucken zu lassen oder gar selbst mit Metall zu drucken.
Ein Forschungsprojekt der TH Mittelhessen (Pressemitteilung) könnte daran jetzt einiges ändern. In einem vom Land Hessen mit 300000 Euro geförderten Forschungsprojekt entwickelt ein Expertenteam der in Gießen ansässigen TH derzeit ein neues Metall-Laserstrahlschmelzverfahren, welches den Metall 3D Druck entscheidend optimieren soll.
Knackpunkt am Metall 3D Druck: Passende Fertigungsparameter fehlen
Hintergrund ist nicht zuletzt der Umstand, dass der Metall 3D Druck bislang zwar in der Luftfahrtindustrie sowie in der Zahn- und Medizintechnik Verwendung finden, für deren Einsatz in Maschinenbau- und Autoindustrie jedoch wesentliche Kenntnisse zu passenden Fertigungsparametern fehlen. Zu klären sind dabei Fragen insbesondere nach der optimalen Schichtdicke, der Positionierung des 3D-Druck-Objekts im Bauraum sowie die Frage nach der optimalen Temperatur und Energiedichte des Lasers. Während es für die gängigen Fertigungsverfahren (wie insbesondere Walzstahl oder Aluminium-Druckguss) seit Jahrzehnten Kennwerte für Konstruktion und Auslegung eines Bauteils gibt, fehlende diese bislang für das 3D-Drucken mit Metall. Genau diese Lücke soll dank des Gießener Forschungsprojektes endlich geschlossen werden.
Über 400 Einzelversuche geplant
Mehr als 400 Einzelversuche stehen daher auf dem Plan, in denen Bauteile aus einer Stahl- und einer Aluminiumlegierung experimentell untersucht werden sollen. Um die Zahl kostspieliger Versuche zu begrenzen wollen die Forscher dabei das Verhalten der im neuen Metall 3D Druck-Verfahren hergestellten Bauteile auch per Computer simulieren. Der Friedberger Professor Doktor Udo Jung, neben Doktor Heinrich Friederich vom Kompetenzzentrum Verkehr – Mobilität – Automotive einer der Leiter des Forschungsprojektes, fasst dessen Zielsetzung folgendermaßen zusammen: „Wir werden die Ergebnisse in einer konkreten Handlungsanweisung zusammenfassen, nach der diese Bauteile mit zuverlässigen und reproduzierbaren Eigenschaften hergestellt werden können. Sie dient den Konstrukteuren als Mittel für die sichere Auslegung von Bauteilen mit hoher Prozesssicherheit und Qualität“.
Wie jede Variante des Rapid Prototyping beruht auch das Metall-Laserstrahlschmelzen auf dem Aufbau eines 3D-Druck-Objekts im Schichtverfahren. Dabei verschmilzt der Laserstrahl des Metall-3D-Druckers, gesteuert von einem CAD-Datensatz, bei Temperaturen von einigen 100 Grad Celsius sehr dünne Pulverschichten miteinander, wobei die Bearbeitung schichtweise in vertikaler Richtung stattfindet.
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