Der Marktwert für den 3D-Druck mit Metallen betrug im Jahr 2020 laut einer Studie von Grand Review Research 380,3 Millionen US-Dollar. Erwartet wird, dass der Wert von 2021 bis 2028 bei einem durchschnittlichen Prozentsatz von 25,7 % pro Jahr steigen wird. Metalldruck kann in vielen verschiedenen Bereichen Anwendung finden, mit inbegriffen sind die Automobilbranche und die Luft- und Raumfahrtindustrie. Nun haben Wissenschaftler am Fraunhofer Institut eine neue, deutlich schnellere Methode für den 3D-Druck mit Metallen entwickelt.
Forscher des Fraunhofer Instituts für Laser Technik und der Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University haben das Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA) Verfahren vor ungefähr einem Jahrzehnt entwickelt. Bisher wurde die Methode nur im zweidimensionalem Raum verwendet, doch nun haben die Forscher die Technik für den 3D-Druck anwendbar gemacht, indem das EHLA Verfahren auf eine modifizierte 5-Achs CNC-Anlage angepasst wurde. Hierbei werden die Pulverpartikel von einem Laser oberhalb des Schmelzbads geschmolzen, was nicht nur für eine schnellere Prozessabwicklung sorgt, sondern auch die Schichtdicke verringern kann.
Vorteile von EHLA im 3D-Druck
Mit der patentierten Methode kann die Druckgeschwindigkeit, verglichen mit dem Laserauftragschweißen, von 0,5 – 2,0 auf 200 m/min und die Schichtdicke von 500 auf 10 µm reduziert werden. Von Vorteil ist das EHLA Verfahren ebenfalls für die Oberflächenglätte, denn die Rauheit konnte auf zehn Prozent des eigentlichen Werts minimiert werden. Zudem eignen sich auch Materialien, die normalerweise schwierig zu schweißen sind, da eine geringe Aufmischungszone und hohe Abkühlgeschwindigkeit garantiert werden. Wissenschaftler Min-Uh Ko fügte hinzu: „Mit EHLA 3D lassen sich produktiv Bauteile herstellen, die schon sehr nah an die Endkontur kommen. Außer dem sogenannten near-net-shaping ermöglicht das Verfahren auch den schnellen und präzisen Aufbau, sowie Beschichtungen von Freiformoberflächen“.
Erwähnenswert ist zudem die hohe Dynamik, welche beim Drucken geboten wird. Bei dem „fly-in“ wird sich der Laserkopf mit aktivem Laser zum Ziel bewegen. Das Gegenteil ist beim „fly-out“ zu beobachten: verlangsamt fliegt der Kopf aus dem jeweiligen Bereich wieder heraus.
Mit EHLA 3D-gedrucktes Teil wurde detailgenau und mit hoher Geschwindigkeit hergestellt (Bild: Fraunhofer Institut)
Untersucht wurde ebenfalls, ob sich die Charakteristiken des Endprodukts durch die Verwendung von recyceltem Pulver ändern. Unter anderem wurde festgestellt, dass die Eigenschaften bei Edelstahl 316L und Aluminium-Silizium-Legierungen gleich zu den herkömmlichen produzierten Teilen sind. Mehr Informarionen zu dem EHLA Verfahren finden Sie HIER.
Was halten Sie von der Nutzung des EHLA Verfahrens für den 3D-Druck? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.
*Titelbildnachweis: Fraunhofer Institut