Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Selektives Laserschmelzen von oberflächenbehandelten Pulvern aus Cu-Verbundwerkstoffen

Das gemeinsame Forschungsprojekt PONAMP konzentriert sich auf die Entwicklung neuer Materialien für pulverbettbasierte Additive Manufacturing-Techniken. Ziel ist die Entwicklung neuer Werkstoffe für Teile mit hoher mechanischer Festigkeit und speziellen Anwendungen, die nicht dem Stand der Technik entsprechen.

PONAMP wird Werkstoffe entwickeln, die geeignet sind, wesentliche Verbesserungen in der AM-Teilefertigung und den mechanischen / funktionalen Bauteileigenschaften zu erreichen. Der technische Ansatz besteht darin, Materialien in Form eines (Legierungs-)Pulvers mit geeigneten dünnen Beschichtungen zu kombinieren, die während des Herstellungsschritts legiert werden. Der neue Ansatz basiert auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts OpP3D, wo vielversprechende Ergebnisse mit Pulverbeschichtungen erzielt wurden, welche die Verarbeitbarkeit von Kupfer- und Aluminiumlegierungen deutlich verbesserten.

PONAMP wird das in OpP3D generierte Wissen nutzen, indem es dem spezifischen Ziel folgt, Mikrostrukturen für verbesserte mechanische / funktionelle Teileeigenschaften zu manipulieren. Legieren und schnelles Abkühlen während der Herstellung sind Schlüsselaspekte dieses sehr neuen und vorwettbewerblichen Ansatzes. Durch die Kombination beider Aspekte sind die erwarteten Ergebnisse von PONAMP bessere Herstellungsbedingungen aufgrund der Schichteigenschaften (Schutz-, Laserabsorption) und verbesserte Bauteileigenschaften durch die gezielte Optimierung von Mikrostrukturen durch Legieren mit der Beschichtung.

Derzeit wird die additive Fertigung von einer schnell wachsenden Industriegemeinschaft untersucht und angewendet. Wichtige Beiträge in der gegenwärtigen und zukünftigen AM-Produktionsumgebung werden / werden von KMU-Unternehmen bereitgestellt. Neue Materialien und Fertigungsdetails von PONAMP werden die Entwicklung dieses schnell wachsenden Marktes vorantreiben und KMU im deutschen, belgischen und europäischen Raum unterstützen.

Ergebniszusammenfassung:

Die im Rahmen des Projekts erzielte verbesserte Verarbeitbarkeit der beschichteten CuCrZr- und CuNiSiCr-Pulver reicht nicht aus, um die kostspielige PVD-Behandlung zu rechtfertigen, da solche Legierungen bereits mit handelsüblichen LBM-Anlagen verarbeitet werden können. Die Bildung fein verteilter Oxide im Gefüge erinnert jedoch an ODS-Legierungen (oxiddispersionsverstärkte Legierungen), die sich (aufgrund ihrer hohen Kriechfestigkeit) für Hochtemperaturanwendungen eignen. Die Weiterentwicklung dieses Ansatzes soll in einem Folgeprojekt verfolgt werden.

Andererseits sorgte die Beschichtung von reinem Cu mit W für eine erhöhte Energieabsorption und ermöglichte die Verarbeitung des Materials mit einer geringeren Laserleistung (<380 W), während normalerweise ein LBM-System mit einem 1000 W-Laser erforderlich wäre, um eine Dichte von 99 % zu erreichen. Solche LBM-Systeme haben jedoch einen größeren Laserspot (z. B. 70-100 µm) und sind nicht in der Lage, feine Strukturen zu erzeugen. Reines Cu (wegen seiner Instabilität bei der LBM-Verarbeitung) ist derzeit als AM-Material industriell nicht weit verbreitet: in dieser Hinsicht können die Kosten der PVD-Behandlung gerechtfertigt werden und stellen daher eine interessante Innovation für die Unternehmen dar.

Die mit Aluminium erzielten Ergebnisse eröffnen die Möglichkeit, nicht schweißbare Aluminiumlegierungen, die traditionell als Strukturelemente verwendet werden, durch eine einfache Beschichtung des Pulvers zu verwenden. Das Zusatzelement wird nur in geringen Mengen verwendet und verändert die Metallurgie der Basislegierung nicht grundlegend.

Die Legierung kann auf herkömmliche Wege hergestellt und später für die AM-Anwendung angepasst werden (Einführung von Flexibilität in die Fertigungskette). Es sind mehrere Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt möglich. Dies eröffnet auch Möglichkeiten für das Recycling bestehender Sorten und eine einfache Aufwertung. Auf der Grundlage der Ergebnisse ist ein Patent in Arbeit.