Dr. Oliver Maurer an einem 3D-Drucker für die additive Fertigung mit dem Pulverbettverfahren. (Bild: Claudia Ehrlich)
In sicherheitskritischen Branchen wie Luftfahrt oder Fahrzeugbau sind 3D-gedruckte Bauteile bislang wenig verbreitet. Grund sind mangelnde Strukturqualität und Zuverlässigkeit. Porenbildung und schwankende Materialeigenschaften setzen engen Grenzen. Ein Team am Lehrstuhl von Prof. Dirk Bähre setzt auf Schall statt mechanisches Rütteln, um das Metallpulver im Pulverbett vor dem Laserschmelzen gezielt zu verdichten. Die Schallwellen verbessern die Homogenität der Schmelze und das Kristallwachstum. Das Ergebnis: weniger Poren, glattere Oberflächen und geometrisch genauere Teile.
Prototyp mit integrierter Lautsprechertechnik
Oliver Maurer integrierte für seine Forschung einen Lautsprecher unter die Substratplatte eines Standarddruckers. Die gezielten Schallimpulse erzeugen Vibrationen, die das Pulver dichter packen, bevor der Laser aktiv wird. So wird die Mikrostruktur feiner und das Bauteil stabiler. Die Schallwirkung sorgt dafür, dass Metallkristalle im Erstarrungsprozess kürzer und dichter vernetzt wachsen. Dadurch wird das Gefüge homogener, was zu einer höheren mechanischen Belastbarkeit führt. Auch kritische Effekte wie Hohlräume oder Risse werden minimiert.
Das Verfahren eignet sich besonders für kleinere, komplexe Metallbauteile, wie sie in der Luft- und Raumfahrt, im Fahrzeugbau oder in der Medizintechnik gefragt sind. Gerade für Prothesen oder Funktionskomponenten mit hoher Formgenauigkeit bietet die Methode Vorteile. Die Einbindung von Schall in den 3D-Druck erfordert eine exakte Abstimmung aller Prozessparameter. Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Pulverschichtdicke und Metalllegierung müssen auf die Frequenz und Intensität der Beschallung abgestimmt werden.
Maurer erforschte das Verfahren an einer Alulegierung mit drei bis fünf Watt Schallleistung. Es ist aber auf andere Legierungen übertragbar. Die Forscher suchen Partner aus der Industrie, um die Technologie in die Praxis zu bringen. Erste Fachveröffentlichungen liegen bereits vor.
