Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Mit der additiven Fertigung lassen sich Komponenten zeit- und ressourceneffizient herstellen. Dabei setzt das Verfahren der gestalterischen und konstruktiven Freiheit kaum Grenzen. So wurden zum Beispiel bereits Organe aus menschlichem Gewebe oder höchst komplexe Metallbauteile additiv gefertigt.
Prozessschwankungen oder fehlerhaft eingestellte Prozessparameter können zu Defekten und verschlechterten Bauteileigenschaften führen. In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben mit dem Lehrstuhl für Fertigungstechnik der Universität Duisburg-Essen untersuchten IKTS-Wissenschaftler Prozessveränderungen im Laserstrahlschmelzverfahren und Materialeigenschaften von gedruckten Metallen. Dafür wurde die am Fraunhofer IKTS entwickelte Laser-Speckle-Photometrie (LSP) zur Untersuchung des Aufschmelz- und Erstarrungsvorgangs während der Herstellung der Bauteile eingesetzt.
Aus den gewonnenen Daten konnten Rückschlüsse auf mechanische und thermische Bauteileigenschaften bereits während der Fertigung gezogen werden. Dabei wurde die Oberflächentopologie anhand der sogenannten Speckle-Muster bewertet, um Informationen über die Oberflächenrauheit und Absorptionseigenschaften zu ermitteln. Zudem ließen sich Aussagen über die Qualität des Aufschmelzvorgangs ableiten.
Das materialtypische Ausdehnungsverhalten während der dynamischen Erwärmungsvorgänge konnte mit den entwickelten Algorithmen der LSP quantifiziert werden. Damit konnte ein charakteristisches thermomechanisches Verhalten nachgewiesen werden, das beispielsweise durch die Porosität/Defektdichte beeinflusst wird. Auf Grundlage der Projektergebnisse kann die Integration der LSP in additive Fertigungsverfahren erstmals bewertet werden. Zudem zeigen sie Möglichkeiten auf, wie optische Messsysteme für den 3D-Druck adaptiert und zur Detektion werkstoffspezifischer Eigenschaften eingesetzt werden können.
Finanzierung: IGF-Vorhaben Nr. 20079 BG
Projektzeitraum: September 2018 bis Oktober 2020
Projektpartner: Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl Fertigungstechnik (IPE)
