Besonderheiten der Materialien durch den 3D-Druck (Ziel ETZ Projekt Nr. 185)

Es gibt wahrscheinlich aktuell kein brennenderes Thema im Rahmen der Entwicklung neuer Werkstoffe als die additive Fertigung von Metallen. Grund dieser Popularität ist, dass die additive Fertigung von Metallen die Herstellung von Teilen mit komplizierter Form ermöglicht, wobei die Endgeometrie des Teils höchst präzise und die Menge des Abfalls minimal bleibt. Dieser Fakt ist nicht nur für die Wirtschaftlichkeit, sondern auch für die Umweltfreundlichkeit der Herstellung wichtig.

Der ‚3D-Druck‘ von metallischen Teilen ist eine Technologie mit hohen Erwartungen für die künftige Herstellung. Im hier vorgestellten Projekt wird ein internationales Forschungsteam gebildet, welches sich mit komplexen Problemen der Materialforschung beschäftigen wird. Ziel des Projekts ist, die mit der LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) hergestellten Werkstoffe zu beschreiben und diese mit den konventionell hergestellten Werkstoffen zu vergleichen. Die LPBF-Technologie ermöglicht die Herstellung von Originalteilen, Prototypen und Proben mit komplizierter Geometrie, die schwierig mit konventionellen Methoden herstellbar sind. Abgesehen von der Veränderung des Konstruktionsverfahrens muss noch beantwortet werden, welche Eigenschaften die so hergestellten Teile haben und inwiefern sich diese von konventionell hergestellten Teilen unterscheiden.

Stufenweises Auftragen dünner Schichten von Metallpulver, welche mittels Laserstrahl verschmolzen werden, verursachen hohe Temperaturgradienten, die Quellen von Eigenspannungen sind. Die Wahrscheinlichkeit anisotroper Werkstoffeigenschaften ist hoch. Daher gilt es zusätzlich, die im Prozess auftretenden Veränderungen der Eigenschaften zu verstehen und zu charakterisieren. Auch thermo-physikalische Eigenschaften sollen Gegenstand der Forschung sein.