SLM mit optimierter Prozesstechnik und neuen Materialien: Magnesiumlegierungen eröffnen weitere Anwendungsgebiete

Eine spezielle Prozesstechnik erlaubt jetzt auch Selective Laser Melting (SLM)mit eher schwierigen Materialien wie Magnesiumlegierungen,Kupferlegierungen oder rissanfälligen, schwer schweißbaren Metallen. DieVerwendung dieser Materialien macht den Einsatz von SLM in neuen Bereichenmöglich. Verschiedene Beispiele werden in einer Vortragssession auf demInternational Laser Technology Congress AKL’16 und bei der dazugehörigenVeranstaltung »Lasertechnik Live« im Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILTpräsentiert.

Selective Laser Melting mit »normalen« Werkstoffen wie Edelstahl, Aluminium oderTitanlegierungen ist in der Fertigung angekommen. Die Materialien und Prozesse sindweitgehend erforscht, passende Maschinen bei verschiedenen Anbietern verfügbar.Schwierig wird es erst, wenn man andere Materialien verarbeiten möchte wiebeispielsweise Magnesium. Dieses ist nicht nur 30% leichter als Aluminium, sondernerlaubt auch den Aufbau resorbierbarer Implantate. Dadurch ist das Material nicht nurfür den Leichtbau, sondern auch für die Medizintechnik hochinteressant.

Experten am Fraunhofer ILT haben jetzt die passende Prozesstechnik entwickelt, umauch schwierige Materialien in SLM-Prozessen zu verarbeiten. FürMagnesiumlegierungen wurde in Kooperation mit dem ILT-Spin-off Aconity3D eineneue Prozesskammer mit einer optimierten Schutzgasführung entwickelt, um derstarken Rauchentwicklung Herr zu werden. Daneben wurden Prozesse für dieVerarbeitung von Kupferlegierungen optimiert, ebenso wie spezielle Systeme mitHochtemperaturvorheizung für den Einsatz rissanfälliger und schwer schweißbarerMetalle.

SLM ermöglicht resorbierbare Implantate aus Magnesiumlegierungen

Individuelle Gestaltung und komplexe Strukturen sind typische Merkmale beiImplantaten, die sich mit SLM ohne Zusatzkosten fertigen lassen. Der WerkstoffMagnesium bietet dabei den zusätzlichen Vorteil, dass er im Körper resorbierbar ist.Implantate auf Basis massiver Magnesiumwerkstoffe werden bereits eingesetzt, manverspricht sich aber weitere Vorteile von Implantaten mit Porenstruktur.

Die Idee hierbei ist, dass neue Knochensubstanz in das Implantat einwächst undgleichzeitig die Metallstruktur vom Körper resorbiert wird. Für solche Implantate ausMagnesiumlegierungen wurde am Fraunhofer ILT ein SLM-Prozess entwickelt, bei demnicht nur die Form des Implantats, sondern auch die Porengröße genau gewähltwerden kann. Die Biokompatibilität entsprechender Prototypen wurde in vitro bereitsnachgewiesen.

Während man am Fraunhofer ILT weiter neue Materialien und Prozesse erforscht, istdie Ausrüstung für das SLM von Magnesiumlegierungen bei Aconity3D bereitserhältlich.

Leichter und fester: SLM erlaubt konsequente Topologieoptimierung

In der Luftfahrt und im Rennsport kennt man die Vorzüge von Magnesiumlegierungenschon lange: Sie sind 30% leichter als Aluminium, allerdings auch viel schwerer zuverarbeiten.

Mit der neuen SLM-Prozesstechnik lässt sich das Problem elegant lösen. Um dies imDetail zu untersuchen, hat man am Fraunhofer ILT eine Motoradgabelbrücke imMaßstab 1:4 als Demonstrator hergestellt. Dabei wurde am Computer die gesamteTopologie des Bauteils optimiert. Ziel ist dabei eine konsequente Struktur- undGewichtsoptimierung für vergleichbare Leichtbauteile.

Auf diese Weise werden erstmalig komplexe Bauteile aus Magnesiumlegierungenaufgebaut. Ihre Qualität entspricht derjenigen anderer SLM-Produkte, wobei ihreFestigkeit sogar höher als bei Gussteilen ist.

Anwendungsgebiete eröffnen sich nicht nur im Leichtbau, sondern auch in derMedizintechnik, zum Beispiel für den individualisierten Knochenersatz in der Mund-,Kiefer- und Gesichtschirurgie.

SLM live auf dem AKL‘16

Neben Magnesiumlegierungen wird der SLM-Prozess auch für andere nichtkommerziell verfügbare Materialien weiterentwickelt, beispielsweise fürHochtemperaturlegierungen für den Turbomaschinenbau oder für Kupferlegierungen.Die verschiedenen Verfahren werden auf dem International Laser Technology CongressAKL’16 in Aachen vorgestellt.

Im Rahmen des Kongresses bietet das Fraunhofer ILT in seinem Anwenderzentrumwieder rund 70 »Lasertechnik Live«-Vorführungen und Gespräche mit den jeweiligenExperten an.

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