Neuer "3D-Drucker": Institut für Werkstofftechnik forscht an Hochleistungswerkstoffen

Philipp Hengst, Christina Burkhardt und Prof. Dr.-Ing. Biermann (v.l.)
Die Anforderungen an moderne Werkstoffe und Herstellungsprozesse sind hoch. Das Institut für Werkstofftechnik setzt nun einen neuen „3D-Drucker“ im Wert von knapp einer Million Euro ein.

Damit können unter anderem die Mikrostruktur von neuen, „gedruckten“ Werkstoffen untersucht werden, und wie sich die Eigenschaften der Bauteile durch den Herstellungsprozess verändern. 

Moderne 3D-Druck-Verfahren mit ihrer mittlerweile ausgereiften, flexiblen Technik ermöglichen das Erforschen der entstehenden Mikrostruktur der Werkstoffe, den Einfluss der Herstellungsparameter auf die Bauteil-Eigenschaften und die Anwendung der Verfahren für neue Werkstoffe und Werkstoffkombinationen. Besonders wichtig ist das Design neuer Werkstoffe, die gezielt für diesen Prozess entwickelt werden. 

Philipp Hengst und Christina Burkhardt (v.l.) vor der neuen EBM-Anlage © TU Bergakademie FreibergVor diesem Hintergrund wurde vor Kurzem am Institut für Werkstofftechnik der Technischen Universität Bergakademie Freiberg für den Sonderforschungsbereich 799 eine Elektronenstrahlschmelzanlage (EBM-Anlage) der schwedischen Firma ARCAM AB im Wert von knapp einer Million Euro in Betrieb genommen. Die Maschine dient der additiven Fertigung metallischer Werkstoffe und Bauteile, auch "3D-Druck" genannt. 

"Wir erwarten viel versprechende Ergebnisse für die Werkstoffforschung durch den Einsatz der neuen Anlage. Wir forschen an leistungsfähigen und zugleich material- und energieeffizienten Werkstoffen und Herstellungsverfahren. Neben der Verarbeitung von Nickel-basierten Hochtemperaturwerkstoffen und Titan-Aluminid-Legierungen, die vorrangig für die Luftfahrt von großem Interesse sind, stehen insbesondere die im Sonderforschungsbereich bereits umfangreich erforschten Chrom-Mangan-Nickel Stähle im Fokus“, so SFB-Sprecher Prof. Dr.-Ing. Biermann von der Technischen Universität Bergakademie Freiberg. 

Das Verfahren basiert auf der lokalen Verschmelzung von Pulver des gewünschten Materials mit einem leistungsstarken Elektronenstrahl als Energiequelle. Für die Anwendung muss das gewünschte Bauteil zunächst im Computer konstruiert und dann in Schichten zerlegt werden. Die Informationen zu den einzelnen Schichten werden anschließend an die Anlage gesendet, die in einem ersten Schritt loses Pulver aufträgt und entsprechend den Konturen des Bauteils in der jeweiligen Schicht das Pulver mittels eines Elektronenstrahls verschmilzt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das Bauteil fertig ist. Durch die sukzessive Verschmelzung übereinanderliegender Schichten, die typischerweise zwischen 50 und 100 µm dick sind, können äußerst komplexe Bauteile erzeugt werden. Vorteil dieser Technologie ist, dass sie ohne teure Gießformen oder Umformwerkzeuge auskommt und so gegenüber konventionellen Fertigungsprozessen eine enorme Geometriefreiheit zulässt. 

Der SFB 799 bietet die Voraussetzungen, anforderungsgerechte Stahllegierungen im Institut für Eisen- und Stahltechnologie zu entwickeln und auf der vorhandenen Verdüsungsanlage mit der optimalen Partikelgrößenverteilung herzustellen. Mit der Integration in das interdisziplinäre Forschungsprojekt steht die gesamte Prozesskette, von der Pulverherstellung bis zur Prüfung der Eigenschaften der mittels des EBM-Verfahrens hergestellten Bauteile, auf dem Campus der Technischen Universität Bergakademie Freiberg zur Verfügung. 

Studium

Materialien effizienter zu gestalten, lernen die Werkstoffingenieure im Diplom-Studiengang Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie der Technischen Universität Bergakademie Freiberg. Weitere Informationen zu Studieninhalten: http://tu-freiberg.de/studium/studienangebot/studiengaenge/dipl_wwwi 

Weitere Informationen zum „3D-Druck“ (Meldung vom 18. April) und zum Sonderforschungsbereich: http://tu-freiberg.de/forschung/sfb799

Ansprechpartner: 
Prof. Dr.-Ing. Biermann, Tel. 03731 39-3564