3D-Metall-Druck Risse in 3D-gedruckten Metallteilen vermeiden

Mit dem selektiven Laserschmelzen können Metallteile 3D-gedruckt werden. Allerdings können einige Metalle und Legierungen den hohen Temperaturschwankungen, die SLM mit sich bringt, nicht standhalten und reißen ein. Ein neu entwickeltes Verfahren garantiert einen fehlerfreien Metall-3D-Druck.

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Mit selektiven Laserschmelzen (SLM) schmilzt und verschmilzt ein leistungsstarker Laser Metallpulver miteinander und bildet nach und nach ein 3D-Bauteil Schicht für Schicht. Am Ende des Prozesses wird das restliche Pulver entfernt. Aber einige Metalle und Legierungen können den hohen Temperaturschwankungen, die SLM mit sich bringt, nicht standhalten und verursachen, dass sie brechen.

Forscher des Labors für thermomechanische Metallurgie (LMTM) der Universität in Lausanne 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. Dadurch werden Rissbildungen drastisch reduziert und die Metallteile werden beständig gegen hohe Temperaturen, Beschädigungen und Korrosion.

Die patentierte Technik, die in der Zeitschrift Additive Manufacturing veröffentlicht wurde, könnte beispielsweise zur Herstellung neuer stromerzeugender Turbinenschaufeln oder wichtiger Flugzeugkomponenten eingesetzt werden.

Wie funktioniert das Laser-Shock-Peening?

Mit dem so genannten Laser-Shock-Peening, kurz LSP, konnten die Forscher während des 3D-Druckens Risse im Handumdrehen „heilen“. LSP arbeitet mit der periodischen Ausrichtung hochintensiver Laserpulse auf das zu bauende Bauteil. Er wirkt wie eine Art hochenergetischer photonischer „Hammer“, der Stoßwellen durch das Material sendet.

Das Verfahren besteht aus zwei Lasern. Der erste schmelzt die metallischen Pulver und erwärmt das geschmolzene Material, während der zweite an gezielten Stellen Spannungen im Bauteil erzeugt, 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.“

95 % der Risse werden eliminiert

Die Ergebnisse sprechen für sich. Die Forscher fanden heraus, dass die Technik bis zu 95% der Risse eliminiert, die normalerweise bei einer Superlegierung auf Nickelbasis beobachtet werden. Sie planen nun, das Verfahren auf andere rissempfindliche Legierungen anzuwenden.

Mehrere 3D-Druckereien haben Interesse an der neuen Technik bekundet. „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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