Additive Fertigung 3D-Multimaterial für LBM-Verfahren

Autor / Redakteur: Christian Seidel und Simone Käfer / Simone Käfer

Beim Laser-Strahlschmelzen ist das Verarbeiten mehrerer Materialien in einem Baujob nicht vorstellbar. Bisher. Am Fraunhofer IGCV werden bereits 3D-Multimaterialbauteile gedruckt.

Ein Bauteil aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen im LBM-Verfahren fertigen? Ja, das geht.
Ein Bauteil aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen im LBM-Verfahren fertigen? Ja, das geht.
(Bild: Fraunhofer IGCV)

Ein per Laser-Strahlschmelzen (laser beam melting, LBM, beispielsweise SLM) hergestellter Spritzgusseinsatz, der aus zwei verschiedenen Metallen besteht? Unmöglich! Am Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV beweist man derzeit das Gegenteil. Im Rahmen von Großprojekten wie dem „Multimaterial-Zentrum Augsburg“ werden dort Spritzgusseinsätze mit abriebfestem Werkzeugstahl mit einer gut wärmeleitfähigen Kupferlegierung kombiniert – im Pulverbett. Für den Kunststofftechniker bringt die Materialkombination deutlich kürzere Zykluszeiten bei der Fertigung von Kunststoffbauteilen mit hohen Aspektverhältnissen. Für den Elektromotorenbau verspricht eine Kombination aus Aluminium- und Kupferlegierungen Kosteneinsparungen. Aber auch die Verarbeitung von zwei Stahlwerkstoffen in einem Bauprozess kann sinnvoll sein, um Einsatzhärtetiefen bei Zahnrädern zu steuern.

Am Markt wächst der Wunsch, möglichst zwei oder drei verschiedene Werkstoffe in einem Bauteil zu verarbeiten.

Da Schichtbauverfahren, wie LBM, durch ihre Kostenstruktur und die relativ geringe Aufbaurate überwiegend für Hightech-Anwendungen infrage kommen, wächst am Markt der Wunsch, möglichst zwei oder drei verschiedene Werkstoffe in einem Bauteil zu verarbeiten. Diese Multimaterialbauteile zeichnen sich durch mindestens zwei unterschiedliche Werkstoffe aus, die fest miteinander verbunden sind. Dabei geht es nicht zwingend um einen Materialwechsel zwischen aufeinanderfolgenden Schichten. Die Werkstoffe können beliebig im 3-dimensionalen Raum verteilt werden. Da innerhalb einer Schicht beide Werkstoffe zugeführt und geschmolzen werden, ist es notwendig, kommerziell verfügbare LBM-Maschinen soft- und hardwareseitig zu erweitern. Denn diese sind dazu ausgelegt ein Material aufzutragen. Um die Ablage eines zweiten Werkstoffes in der Pulverschicht zu ermöglichen, hat das Wissenschaftlerteam mehrere Konzepte erarbeitet. Zwar sind theoretisch mehr als zwei Materialien möglich, doch rät das Team des Fraunhofer IGCV aus eigener negativer Erfahrung, sich auf zwei zu beschränken.