Die Herausforderungen im 3D-Druck von Bauteilen für sicherheitsrelevante Bereiche wie Luft- und Raumfahrt sowie Fahrzeugbau sind erheblich. Trotz fortschrittlicher Technologien werden diese Bauteile aufgrund von Qualitätsproblemen nur selten eingesetzt. Ein Forschungsteam am Lehrstuhl für Fertigungstechnik der Universität des Saarlandes, geleitet von Professor Dirk Bähre, hat wertvolle Fortschritte bei der Verbesserung der Bauteilqualität erzielt.
Unter der Leitung von Doktorand Oliver Maurer wird in einem neuartigen Verfahren Schall eingesetzt, um die Qualität der kleinen Metallbauteile im Pulverbett-3D-Druck zu steigern. Laut einem Bericht der Universität des Saarlandes wird Schall verwendet, um Metallpulver während des Schmelzprozesses durch einen Laser zu verdichten. Dies führt zu einer erhöhten Stabilität und Homogenität der erzeugten Bauteile, was entscheidend für deren weitere Anwendung ist. Die Integration eines Lautsprechers in den 3D-Drucker erzeugt gezielte Vibrationen, die die Eigenschaften des gedruckten Materials erheblich verbessern.
Verfahren zur Qualitätssteigerung
Die Anwendung von Schallwellen ähnelt dem Verdichten von Beton. Durch die gezielte Schallvibration rücken die Metallpulverteilchen enger zusammen. Der Laser schmilzt das verdichtete Pulver, was zu einer verfeinerten Kristallstruktur und einer verbesserten Festigkeit führt. Berichte zeigen, dass diese Methode neben der Minimierung von Hohlräumen auch die Mikrostruktur der Bauteile optimiert und die geometrische Genauigkeit erhöht. Weniger Poren und eine homogenere Oberfläche sind somit das Resultat dieser innovativen Technik.
Ein weiterer Vorteil ist die schnellere Verfügbarkeit der Bauteile, da die neue Methode weniger Nachbearbeitung erfordert. Studien zeigen, dass die Schallvibrationen den Schmelzprozess kontrollierter gestalten, was die Eigenspannung der Bauteile verringern könnte. Dies ist insbesondere für kleine, komplex geformte Bauteile von Interesse, die in der Medizintechnik für Prothesen beispielsweise Anwendung finden.
Das Verfahren ist nicht nur für bestimmte Legierungen geeignet, sondern lässt sich auch auf andere Metallarten übertragen. Maurer hat bereits wissenschaftliche Artikel zu dieser Technik veröffentlicht und sucht aktive Partnerunternehmen zur Weiterentwicklung und praktischen Anwendung des Verfahrens.
Aussichten für die Luft- und Raumfahrt
Im Kontext der Luft- und Raumfahrt setzen Unternehmen wie Trumpf auf additive Fertigung, um Bauteile leichter und stabiler zu gestalten. Die additive Technologie hat in diesem Bereich mittlerweile über 20% Marktanteil und trägt dazu bei, die hohen Transportkosten ins All zu minimieren. Modernste Verfahren wie Laser Metal Fusion (LMF) und Laser Metal Deposition (LMD) ermöglichen präzise Konstruktionen, die spezifisch nur dort Material verwenden, wo es benötigt wird. Beispielsweise wurde eine Halterung für Kommunikationssatelliten um 55% leichter gemacht, ohne dabei an Stabilität zu verlieren.
Zahlreiche Unternehmen erkennen den Wert von verbesserten 3D-Druck-Techniken für sicherheitskritische Anwendungen. Die Entwicklungen an der Universität des Saarlandes bieten vielversprechende Ansätze zur Lösung bestehender Probleme und zur Erschließung neuer Märkte.
