Additive Fertigung 04. Jan 2023 Von Stefan Asche

So gelingt der Metall-3D-Druck: Über Simulationen zu optimalen Parametern

Noch ist der Metall-3D-Druck weit davon entfernt, eine Plug-and-Play-Technologie zu sein. Wer perfekte Bauteile will, muss vorab lange Testreihen fahren und die Ergebnisse aufwendig analysieren. Fraunhofer-Forschende wollen das ändern – mit verschiedenen Simulationsmethoden.

Noch werden viele Testkörper gedruckt und zerstörend geprüft, um die optimalen Prozessparameter zu finden. Künftig sollen Simulationen das erledigen.
Foto: PantherMedia / PathomP

Das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen (LPBF, Laser Powder Bed Fusion) ist seit Jahren das in der Industrie am häufigsten genutzte Verfahren, um Metall additiv in Form zu bringen. Dennoch ist die Bedienung der entsprechenden Drucker nicht intuitiv. Denn die Qualität der entstehenden Bauteile ist abhängig von Dutzenden, sich gegenseitig beeinflussenden Faktoren. Dazu zählen unter anderem die Laserleistung, das Strahlprofil, die Laseranzahl, die Scangeschwindigkeit, das Material, die Pulverpartikelgröße, die Restfeuchte, die Schichtdicke, der Gasstrom, die Vorheiztemperatur sowie das Oberflächen/Volumen-Verhältnis der Zielform.

Analysen an realen Testkörpern kosten sechsstellige Beträge

Um in dieser undurchschaubaren Gemengelage die optimalen Parameter zu bestimmen, werden bisher für wichtige Bauteile Dutzende Testkörper mit unterschiedlichen Parameterkonstellationen gedruckt. Diese werden anschließend mittels Mikroschliff und Mikroskopie in Bezug auf ihre Kornstruktur und ihre Gefügebestandteile untersucht. Außerdem finden regelmäßig Zugversuche, Härtetests, Oberflächenrauigkeitsmessungen, Wärmebehandlungsstudien und Schwingfestigkeits-/Dauerfestigkeits-Analysen statt. Zusätzlich möglich sind außerdem verschiedene Röntgendiagnosen. Das volle Programm kostet schnell einen sechsstelligen Betrag – und die teuren Drucker stehen während der Testphase nicht für produktive Einsätze zur Verfügung.

Der gesamte Produktionsprozess wird simuliert: Den Anfang macht die Pulverausbringung, dann folgt das Aufschmelzen und anschließend die resultierende Mikrostruktur. Letztere wird punktuell untersucht im Hinblick auf die zu erwartenden Materialeigenschaften.
Foto: Fraunhofer IWM

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg wollen dieses Problem nun lösen. Um direkte Zusammenhänge zwischen Werkstückeigenschaften und gewählten Prozessparametern erkennen zu können, simulieren sie erstmalig den Bauprozess auf der Mikrostrukturskala. Dafür kombinieren sie verschiedene Simulationsmethoden miteinander.

VDI nachrichten Plus abonnieren

Erhalten Sie Zugang zu allen exklusiven VDI nachrichten-Beiträgen mit VDI nachrichten Plus!

  • Mit wöchentlichem News-Alert
  • Das Abo ist monatlich kündbar
  • 1 Monat kostenlos testen
7,99 € monatlich 92 € jährlich

Oder Sie werden VDI-Mitglied und lesen im Rahmen der Mitgliedschaft Vn+

Jetzt Mitglied werden
Ein Beitrag von:

Stellenangebote

TecMed Deutschland GmbH

Teamleiter Qualitätssicherung (m/w/d)

Schwerin
TecMed Deutschland GmbH

Prozessingenieur (m/w/d)

Schwerin
Universität Bremen und Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien (IWT)

Professur (w/m/d) Bes.Gr. W2 mit Tenure Track auf W3 - Fachgebiet Wissensbasierte Digitalisierung in der werkstofforientierten Produktion

Bremen
HDI

Ingenieur:in Kraftwerkstechnik Inbetriebnahme Gas- und Dampfturbinenanlagen

Hannover
Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Tübingen

Projektleiter Brandschutz (m/w/d)

Tübingen
Verkehrsbetriebe Karlsruhe GmbH

Vermessungsingenieur*in (m/w/d)

Karlsruhe
Bundesanstalt für Straßenwesen

Pädagogin / Pädagoge, Psychologin / Psychologe, Bildungswissenschaftlerin / Bildungswissenschaftler, Geisteswissenschaftlerin / Geisteswissenschaftler, Sozialwissenschaftler / Sozialwissenschaftler (m/w/d) (Master/Uni-Diplom/Staatsexamen)

Bergisch Gladbach
Kraftfahrt-Bundesamt (KBA)

Ingenieurinnen/Ingenieure (Fh-Diplom/Bachelor) (m/w/d) Fachrichtungen Kraftfahrzeugtechnik, Elektrotechnik, Maschinenbau

Dresden
Erbe Elektromedizin GmbH

Technischer Einkäufer (m/w/d) in der Entwicklung

Rangendingen
MITNETZ Strom mbH

Ingenieur Zentrale Leittechnik (m/w/d)

Taucha in der Nähe von Leipzig
Zur Jobbörse

Das könnte Sie auch interessieren

Empfehlungen des Verlags

Top 5 aus der Kategorie Additive Fertigung