KEM Konstruktion 11.2016

WERKSTOFFE/VERFAHREN
WERKSTOFFE
Bei Bauteilen mit hohem Zerspanungsanteil bietet das selektive Laserschmelzen merkliche Vorteile
etwa mit Blick auf Ressourcen- und Energieeffizienz sowie mit Blick auf die Kosten
Das Verfahren eignet sich insbesondere für solche Fälle,
wo Einzelstücke oder kleine bis mittlere Serien aus real
belastbaren Bauteilen mit komplexer Geometrie wie diese
Stützstruktur aus TiAl6V4 gefordert werden
Bild: 3D Laserdruckließtext
Philipp Albrecht, Verfahrensingenieur:
„Entscheidender Vorteil des selektiven
Laserschmelzens ist, dass dabei massive
Bauteile entstehen, deren mechanische
Eigenschaften denjenigen des
Ursprungsmaterials entsprechen.“
Bild: 3D-Laserdruck
fig eingesetzten Aluminium -
Bild: 3D Laserdruck
legierungen. Hinzu kommt noch
der Titanwerkstoff TiAl6V4
Grade 5 (3.7165) mit einer spezifischen
Dichte von etwa 4,5 g/cm³. Dieser zeichnet sich durch gute
Beständigkeit gegen Risseinleitung und Rissausbreitung sowie eine
herausragende Biokompatibilität aus und wird daher häufig für Implantate
verwendet.
„Um einen Vergleich der mechanischen Eigenschaften zu konventionell
erzeugtem Material zu ermöglichen, haben wir umfassende Untersuchungen
durchgeführt“, verrät Dr. Konrad Bartkowiak, Verantwortlicher
für den Bereich Forschung und Entwicklung. Bei den beiden
Werkzeugstählen zeigte sich, dass die Kennwerte teils deutlich
von den Parametern der Erzeugung sowie einer evtl. nachfolgenden
Wärmebehandlung und mechanischen Bearbeitung abhingen. Sowohl
Streckgrenze als auch Zugfestigkeit der erzeugten Proben
streuten um die Werte der Vergleichsprobe herum. Insbesondere
bei der Streckgrenze, dem für den Konstrukteur wichtigeren Kriterium,
lagen die Werte der Proben teils deutlich über denjenigen des
Vergleichsstücks. Bei solchen Anwendungen, wo es primär auf die
Festigkeit bzw. Härte des Materials ankommt – wie das beispielsweise
im Werkzeug- und Formenbau die Regel ist – dürften die Eigenschaften
generativ erzeugter Bauteile den üblichen Betriebsbeanspruchungen
vollauf genügen.
Thermisch induzierte Spannungen kontrollieren
„Wie bei allen Hochtemperaturverfahren spielen auch beim Laserschmelzen
thermisch induzierte Spannungen im Material eine wichtige
Rolle“, sagt Skerbis. Um diese zu kontrollieren, kommt beim
Aufschmelzen mit dem Laser eine ausgefeilte Belichtungsstrategie
zum Einsatz. Dadurch sollen die sich im Material aufbauenden Eigenspannungen
in Grenzen gehalten werden. Hierzu gehören beispielsweise
Stützstrukturen, mit deren Hilfe verschiedene Partien
des Rohlings mit der massiven Bauplatte verbunden werden, um
ein „Hochbiegen“ des Teils aufgrund von Eigenspannungen zu verhindern.
„Wie bei jedem Verfahren gibt es natürlich auch Anwendungsgrenzen,
die man kennen und beachten sollte“, weiß Albrecht. Bei den
Stahlwerkstoffen entsprechen Festigkeit und Härte sehr gut denjenigen
von konventionell erzeugtem Material. Zu beachten ist auch
die Oberflächenqualität, die in etwa der von Aluminiumguss entspricht.
Diese Oberflächenstruktur bringt bei bestimmten Anwendungen
sogar Vorteile, etwa mit Blick auf die Griffigkeit von Werkzeugoberflächen
bei chirurgischen Klemmen und Zangen oder auf
die Haftfestigkeit von Beschichtungen.
„Um Neuanwendern den Umstieg auf diese Technologie zu erleichtern,
umfasst unser Service ein umfassendes Paket an Hilfestellungen
und Dienstleistungen“, verrät Skerbis. Das beginnt möglichst
schon bei der gemeinschaftlichen Analyse der vorgesehenen Geometrie
sehr frühzeitig im Verlauf der Entwicklung. Ein wichtiger Faktor
ist auch die Entwicklung einer geeigneten Baustrategie von der
Orientierung des Teils im Bauraum über die Schichtrichtung bis zur
Realisierung optimaler Stütz- und Wärmeableitungsstrukturen.
Weitere Leistungen betreffen die Festlegung und Durchführung
eventuell erforderlicher mechanischer Bearbeitungsgänge, die von
der in diesem Bereich sehr
erfahrenen Muttergesellschaft
Wenz-Mechanik
durchgeführt werden, außerdem
alle gängigen Wärme -
INFO
behandlungen oder Oberflächenveredelungen.
Kontakt
Der Autor: Klaus Vollrath,
Journalist in Aarwangen/
Schweiz
3D-Laserdruck GbR
Reutlingen
Tel.: +49 7121 14789-89
info@3d-laserdruck.de
www.3d-laserdruck.de
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