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Neue Verfahren Komplexe 3D-Druck-Teile aus Metall können nachbearbeitet werden

Quelle: TU Dresden 3 min Lesedauer

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Ein europäisches Forschungskonsortium unter Koordination der TU Dresden entwickelt Neues für die Nachbearbeitung komplexer 3D-gedruckter Metallbauteile ...

Hinter dem Akronym Clasco steckt ein auf Laserbearbeitungsprozessen basiserendes Projekt, durch das auch komplexe, per 3D-Drucker hergestellte Metallteile prozesssicher und anwendungsspezifich nachbearbeitet werden können sollen. Die TU Dresden hatte den Hut auf ...(Bild: Deutsche Gesellschaft für Materialkunde)
Hinter dem Akronym Clasco steckt ein auf Laserbearbeitungsprozessen basiserendes Projekt, durch das auch komplexe, per 3D-Drucker hergestellte Metallteile prozesssicher und anwendungsspezifich nachbearbeitet werden können sollen. Die TU Dresden hatte den Hut auf ...
(Bild: Deutsche Gesellschaft für Materialkunde)

Im Rahmen des Horizon-Europe-Projekts Clasco – „Climate Neutral and Digitalised Laser Based Surface Functionalisation of Parts with Complex Geometry“ haben Wissenschaftler unter der Leitung der Technischen Universität Dresden (TUD) einen neuen Weg für die Nachbearbeitung komplexer 3D-gedruckter Metallbauteile gefunden. Im Mittelpunkt der Projektarbeit stand die Entwicklung einer kompletten Prozesskette, heißt es. Die Forscher kombinierten dazu die Prozesse Laserpolieren, Lasermikrostrukturieren, Prozessüberwachung, Digitale Zwillinge und künstliche Intelligenz zu einem integrierten Fertigungskonzept, wie man erfahren darf. Das Ganze erprobten sie schließlich an Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt sowie für medizinische Anwendungen. Allerdings weisen 3D-gedruckte Metallbauteile häufig vergleichsweise raue Oberflächen auf, wie die Experten anmerken. Für anspruchsvolle Anwendungen müssen Hersteller diese Oberflächen deshalb zunächst gezielt bearbeiten, was bei komplexer werdenden Teilen immer schwieriger wird.

Zwei Laserprozesse, ein durchschlagender Erfolg

Zunächst glättet das Laserpolieren die raue Oberfläche berührungslos. Anschließend erzeugt das Verfahren Direct Laser Interference Patterning (DLIP) präzise definierte Mikrostrukturen auf ausgewählten Bereichen des Bauteils. Mit diesen Strukturen konnten die Forscher dann die Oberflächeneigenschaften gezielt an die jeweilige Anwendung anpassen, wie erklärt wird. Damit habe man gezeigt, dass auch die Oberfläche komplexer 3D-gedruckter Metallbauteile bedarfsrecht gestaltet und gleichzeitig der Bearbeitungsprozess digital überwacht werden können. Damit schaffen man eine wichtige Grundlage, um solche Bauteile künftig effizienter für anspruchsvolle industrielle Anwendungen nutzbar zu machen.

Auch das Thema Leichtbau stand im Fokus

Die Forscher nutzten bereits bei der Konstruktion der Bauteile die Gestaltungsfreiheit der additiven Fertigung, um Material und Gewicht einzusparen. Bei zwei Demonstratoren für die Luft- und Raumfahrt erzielten sie mithilfe einer Topologieoptimierung damit deutliche Gewichtseinsparungen. Das Gewicht eines Airbus-A350-Befestigungswinkels reduzierten sie satt, um knapp 53 Prozent. Und einen entsprechenden Hebel konnten sie um rund 38 Prozent leichter auslegen, wie betont wird. Nach der additiven Fertigung bearbeitete man die Oberflächen mit der neu entwickelten laserbasierten Prozesskette. Das Laserpolieren reduzierte die typische Oberflächenrauheit direkt nach dem 3D-Druck von etwa zehn bis 30 Mikrometern auf weniger als ein Mikrometer. In einem zweiten Bearbeitungsschritt erzeugte DLIP regelmäßige Strukturen im Mikrometerbereich. Damit konnten die Wissenschaftler Eigenschaften wie Benetzbarkeit, Korrosionsverhalten oder die Wechselwirkung von Implantatoberflächen mit biologischen Materialien gezielt verändern.

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