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Selektives Laserschmelzen unter Vakuum

Innerhalb eines durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) geförderten Forschungsvorhabens, wurde eine neue Selektive-Laserschmelzanlage mitentwickelt, welche nun bei NMB in Betrieb genommen wurde.

Bei NMB in Betrieb genommene Anlage zum
selektiven Laserschmelzen unter Vakuum – Foto: NMB

 

Die Anlage zeichnet sich insbesondere durch ihren evakuierbaren und beheizbaren Bauraum (≤ 1100 °C) aus. Der verbaute Faserlaser hat eine maximale Leistung von 200 W. Ferner verfügt die Maschine über eine globale Prozessüberwachung durch eine Wärmebildkamera und einer durch den Projektpartner „Airbus Endowed Chair for Integrative Simulation and Engineering of Materials an Processes“ eigens für diese Anlage entwickelte offene Anlagensteuerung. Letztere ermöglicht einen unbeschränkten Eingriff in alle Prozessparameter sowie die Implementierung topologieoptimierter Prozessparameter über ein spezielles Dateiformat. Um auch reaktive Materialien wie bspw. Titan- oder Aluminiumlegierungen verarbeiten zu können, verfügt die Anlage zusätzlich über eine Glovebox zum Vor- und Nachbereiten der Baujobs, welche mit Argon Schutzgas arbeitet.

Hintergrund der Entwicklung bzw. des Forschungsvorhabens ist der Wunsch nach einer deutlichen Steigerung der Qualität und Flexibilität bei der generativen Fertigung von Metallen. So soll der bis 1100 °C beheizbare Bauraum sowohl eine signifikante Reduktion der prozessbedingten Eigenspannungen und Verzüge als auch die Verarbeitung von schwer schweißbaren Werkstoffen ermöglichen. Durch die Prozessführung unter Vakuum kann dabei zum einen die Oxidation der Bauteile bei höheren Temperaturen verhindert und zum anderen eine ausreichende Reinheit von beispielsweise Titanbauteile garantiert werden. Außerdem bietet die aktive steuerbare Bauraumbeheizung die Möglichkeit die nach dem Prozess innerhalb der Bauteile vorliegenden Gefüge gezielt zu beeinflussen.

Insgesamt ermöglicht die Anlageninfrastruktur die Verarbeitung einer Vielzahl verschiedener Werkstoffe. Darunter fallen insbesondere schlecht schweißbare Materialien wie z. B. kohlenstoffreiche Stähle, Superlegierungen und CoCr-Legierungen sowie intermetallische Verbindungen.

Nach einer aufwendigen Kalibrierung des Lasers in Verbindung mit den zugehörigen Scanneroptiken wurde nun für unterschiedliche Werkstoffe mit der simulationsgestützten Entwicklung von Prozessparametersätzen für das selektive Laserschmelzen unter Vakuum begonnen. In ersten Versuchen konnten bereits erfolgreich erste einfache 3-dimensionale Strukturen generiert werden. Insgesamt zeigen sich deutliche prozesstechnische Unterschiede im Vergleich zu Standard SLM-Verfahren unter Schutzgasatmosphäre. Neben den genannten Versuchen findet derzeit auch eine stetige Optimierung und Weiterentwicklung der Anlagensoftware und –steuerung statt.

Die Anlage wurde innerhalb des Kooperationsprojektes „Neues Verfahren zur generativen Schichtfertigung durch das selektive Laserschmelzen unter Vakuum (SLaVa)“ zusammen mit den Projektpartnern evobeam GmbH, Bach Resistor Ceramics GmbH und Airbus Stiftungsprofessur für Integrative Simulation und Engineering von Materialien und Prozessen entwickelt.

Das ZIM-Koop Vorhaben KF2481016CK4 wurde über die AiF Projekt GmbH im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Aufnahme der integrierten Prozessüberwachung, Erste Schicht eines Testwürfels, Mikrostruktur des Testwürfels – Foto: NMB

 

 

Redaktion: Dipl.-Ing. T. Balzer und Dipl.-Ing. M. Hering


Ansprechpartner:
Neue Materialien Bayreuth GmbH
Dipl.-Ing. Michael Hering, Projektleiter
Telefon: 0921 507 36 195 | E-Mail: Michael.Hering@nmbgmbh.de