Laser Powder Bed Fusion / Laserstrahlschmelzen (PBF-LB/M)

Beim Laserstrahlschmelzen handelt es sich um ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren, das in der Industrie weit verbreitet ist. Das Fraunhofer IFAM beschäftigt sich mit der Material- und Prozessentwicklung entlang der gesamten Prozesskette des Laser Beam Meltings. Mit Hilfe unserer Pulveranalytik können Fließverhalten und Packungsverhalten des Ausgangspulvers charakterisiert werden, welche die Bauparameter maßgeblich beeinflussen. Darüber hinaus wird am Fraunhofer IFAM die komplette Parameterentwicklung für verschiedenste Materialien wie Titan-, Aluminium-, oder Stahllegierungen durchgeführt. Bei der Ermittlung notwendiger Wärmebehandlungen greifen wir auf unsere Analysemöglichkeiten und langjährige Erfahrung aus der Metallverarbeitung zurück.

Für die Untersuchungen stehen uns ein TRUMPF TruPrint 1000 und ein EOS M270 Dual Mode System sowie eine umfangreiche Analytik zur Verfügung.

Das Laser Beam Melting ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem 3D-Bauteile digital in 2D-Schichten „geschnitten“ werden. In einem Pulverbett wird der Zusammenhalt der Partikel über einen Hochleistungslaser erreicht, der die Konturen und Flächen der 2D-Schichten belichtet, wodurch das Pulver an diesen Stellen lokal aufschmilzt und sich verbindet. Die Schritte werden Schicht für Schicht wiederholt, während sich die Bauplattform nach jeder Belichtung absenkt, um Platz für eine neue Pulverschicht zu schaffen (s. Abb 1). Nachdem die letzte Schicht belichtet wurde, werden die Bauteile inkl. der Plattform, auf der sie gebaut wurden, entpulvert und aus der Anlage entnommen. Die Bauteile können nun von der Plattform getrennt werden. Als Post-Processing eignet sich eine Wärmebehandlung, um thermische Spannungen zu eliminieren.

• Stahllegierungen
• Nickelbasislegierungen
• Kobaltchromlegierungen
• Titanlegierungen
• Aluminiumlegierungen
• Weichmagnetische Materialien

Von der Beratung während der Konstruktion über die Materialauswahl und die Prozessentwicklung bis hin zur Nachbearbeitung und Endkontrolle wird der Prozess im Hause betrieben, analysiert und wissenschaftlich begleitet. Im Einzelnen bieten wir:

• Pulvercharakterisierungen nach ISO/ASTM Standards
• Unterstützung bei Bauteilauswahl und fertigungsgerechter Konstruktion
• Umfassende Material- und Prozessentwicklung entlang der Prozesskette
• Marktstudien und Vergleiche mit anderen AM-Technologien
• Unterstützung bei der Prozessintegration, Schulungen und Workshops zum Selektiven Laser-Strahlschmelzen

In dem durch die AiF geförderten Projekt »LPBF-Pulverbaukasten« ging das Fraunhofer IFAM gemeinsam mit der RWTH Aachen der Frage nach, wie die Werkstoffpalette für das pulverbasierte Laserstrahlschmelzen erweitert werden kann, um das Marktpotenzial weiter auszubauen. Im Ergebnis konnte eine nachhaltige Lösung zur individuellen und robusten Herstellung von Metallpulvermischungen entwickelt werden, sodass der Anwender mit einer kleinen Auswahl an Metallpulvern verschiedene Materialeigenschaften abdecken und die Legierungen flexibel einstellen kann. 

Den Abschlussbericht zum Projekt können Sie sich hier herunterladen