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Entwicklung von maßgeschneiderten Metallpartikeln

Entwicklung von maßgeschneiderten Metallpartikeln für einen effizienteren Laser-Powder-Bed-Fusion-Prozesses (PBF-LB/M) im Bereich der pulverbasierten additiven Fertigung

Projektbearbeiter: Arne Lüddecke

Die additive Fertigung von Metallen findet insbesondere in der Automobil-, Flugzeug- und medizinischen Industrie Anwendung. Vorteile additiver Verfahren sind eine mögliche Funktionsintegration und Realisierung komplexer Strukturen ohne geometrische Einschränkung (besonders im Leicht- und Prototypenbau). Als Herausforderungen werden vor allem die geringe Produktivität und die hohen Kosten des Prozesses verstanden. Stand der Technik ist der Einsatz von mehreren energieintensiven Lasern und größer werdenden Bauräume, zur Steigerung der Produktivität, was zu einer signifikanten Steigerung der Maschinenkosten führt. Durch eine Modifizierung von Metallpulvern für das Laser-Pulverbett-Schmelzverfahren (PBF-LB/M) soll die Effizienz des Verfahrens pulverseitig verbessert werden.
Das DFG Projekt „Development of surface tailored metal powders for increased production efficiency at the laser powder-bed fusion additive manufacturing process” ist Teil des DFG Schwerpunktprogramms SPP 1211 MATframe (Materials for additive manufacturing). Die Hauptziele des Projektes sind die Weiterentwicklung und Modifikation von herkömmlich erhältlichen Metallpulvern mit dem Fokus die Absorption des Laserlichtes, die Fließfähigkeiten im Auftragungsprozess und die Wärmeleitfähigkeit des Pulvers zu verbessern. Hierzu werden in einem ersten Schritt geeignete Nanopartikel mittels Feinstzerkleinerung hergestellt. Anschließend werden durch klassische Verfahren der mechanischen Verfahrenstechnik, wie Wirbelschichtverfahren und Hochintensivmischen, die maßgeschneiderten Partikeln hergestellt. Nicht nur das hergestellte Pulver wird hinsichtlich seiner Eigenschaften optimiert, auch die Herstellungsprozesse an sich werden verfahrenstechnisch effizient ausgelegt. Zudem werden Pulvereigenschaften, wie die Fließfähigkeit und Kohäsion der modifizierten Pulver analysiert und Einflüsse auf den Pulverauftragsprozess herausgearbeitet.
In enger Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Hybrid Additive Manufacturing der Ruhr-Universität Bochum werden die hergestellten Metallpartikel in einem PBF-LB/M-Prozess verarbeitet und so hergestellte Bauteile auf ihre mechanischen und makroskopischen Eigenschaften untersucht. Außerdem werden Material-Prozess-Eigenschafts-Beziehungen in enger Kooperation abgeleitet.

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