SLM mit schwierigem Material

Innovation
02.08.2016

Von: Redaktion Metall
Magnesiumlegierungen eröffnen weitere Anwendungsgebiete beim Selective Laser Melting.
Muster für eine topologieoptimierte Gabelbrücke eines Motorrads (Werkstoff: AZ91).
Muster für eine topologieoptimierte Gabelbrücke eines Motorrads (Werkstoff: AZ91).
Implantat (Scaffold) mit definierter Porenstruktur aus einer biodegradierbaren Magnesiumlegierung (WE43). Die Abmessungen sind 10 x 10 x 7,5 mm³ bei ca. 400 µm Strebendicke.
Implantat (Scaffold) mit definierter Porenstruktur aus einer biodegradierbaren Magnesiumlegierung (WE43). Die Abmessungen sind 10 x 10 x 7,5 mm³ bei ca. 400 µm Strebendicke.


Eine spezielle Prozesstechnik erlaubt jetzt auch Selective Laser Melting (SLM) mit eher schwierigen Materialien wie Magnesiumlegierungen, Kupferlegierungen oder riss­anfälligen, schwer schweißbaren Metallen. Die Verwendung dieser Materialien macht den Einsatz von SLM in neuen Bereichen möglich. 
Selective Laser Melting mit „normalen“ Werkstoffen wie Edelstahl, Aluminium oder Titanlegierungen ist in der Fertigung angekommen. Die Materialien und Prozesse sind weitgehend erforscht, passende Maschinen von verschiedenen Anbietern verfügbar. Schwierig wird es erst, wenn man andere Materialien verarbeiten möchte wie beispielsweise Magnesium. Dieses ist nicht nur 30 Prozent leichter als Aluminium, sondern erlaubt auch den Aufbau resorbierbarer Implantate. Dadurch ist das Material nicht nur für den Leichtbau, sondern auch für die Medizintechnik hochinteressant.
Experten am Fraunhofer ILT haben die passende Prozesstechnik entwickelt, um auch „schwierige“ Materialien in SLM-Prozessen zu verarbeiten. Für Magnesiumlegierungen wurde eine Prozesskammer mit einer optimierten Schutzgasführung entwickelt, um der starken Rauchentwicklung Herr zu werden. Daneben wurden Prozesse für die Verarbeitung von Kupferlegierungen optimiert, ebenso wie spezielle Systeme mit Hochtemperaturvorheizung für den Einsatz rissanfälliger und schwer schweißbarer Metalle.

Leichter und fester

In der Luftfahrt und im Rennsport kennt man die Vorzüge von Magnesiumlegierungen schon lange: Sie sind 30 Prozent leichter als Aluminium, allerdings auch viel schwerer zu verarbeiten. Mit der neuen SLM-Prozesstechnik lässt sich dieses Verarbeitungsproblem nun lösen. Um dies im Detail zu untersuchen, hat man am Fraunhofer ILT eine Motorradgabelbrücke im Maßstab 1:4 als Demonstrator hergestellt. Dabei wurde am Computer die gesamte Topologie des Bauteils optimiert. Ziel ist dabei eine konsequente Struktur- und Gewichtsoptimierung für vergleichbare Leichtbauteile.
Auf diese Weise werden erstmalig komplexe Bauteile aus Magnesiumlegierungen aufgebaut. Ihre Qualität entspricht derjenigen anderer SLM-Produkte, wobei ihre Fes­tigkeit sogar höher als bei Gussteilen ist. Anwendungsgebiete für diese Technik eröffnen sich nicht nur im Leichtbau, sondern auch in der Medizintechnik, zum Beispiel für den individualisierten Knochenersatz in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie.
Neben Magnesiumlegierungen wird der SLM-Prozess aber auch noch für andere Materialien weiterentwickelt, beispielsweise für Hochtemperaturlegierungen für den Turbomaschinenbau oder für Kupferlegierungen. [red/fraunhoferILT]

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