Pulver für additive Fertigung

Andrea Gillhuber,

Stahlwerkstoff für 3D-Druck

Im NRW-Leitmarkt-Projekt AddSteel entstehen in den nächsten drei Jahren neue, funktionsangepasste Stahlwerkstoffe für die additive Fertigung. Zentraler Bestandteil des Projektes ist dabei die Qualifizierung der entwickelten Werkstoffe für das metallische 3D-Druckverfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen.

Im NRW-Leitmarkt-Projekt AddSteel entsteht aus speziellen, angepassten Legierungen Pulver für den metallischen 3D-Druck mit dem LPBF-Verfahren. © Fraunhofer ILT

Das Leitmarkt-Projekt AddSteel in Nordrhein-Westfalen hat die Digitalisierung der Stahlbranche im Visier. Stahlhersteller in Deutschland sind dem anhaltenden Umsatzrückgang der Branche ausgesetzt und sehen sich daher gezwungen, neue Werkstoffe zu entwickeln. Nur mit neuen Werkstoffen lassen sich Bauteile herstellen, die die zunehmend komplexeren Anforderungen der Kunden der Stahlindustrie erfüllen, beispielsweise leichte und zugleich crashfeste Karosserieteile für die Automobilindustrie. In diesem Zusammenhang rückt das additive Fertigungsverfahren Laser Powder Bed Fusion, kurz: LPBF, in den Fokus, mit dem sich aus digitalen Daten funktionsverbesserte Bauteile herstellen lassen. Der Einstieg in diese Form des metallischen 3D-Drucks bietet Anwendern zudem die Chance, das Wertschöpfungsnetzwerk der Stahlverarbeitung nachhaltig zu optimieren.

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen haben das pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren in den letzten Jahren kontinuierlich von einem Verfahren für die Prototypenherstellung hin zu einem Fertigungsprozess für die industrielle Produktion komplexer Kleinserienbauteile weiterentwickelt. Erste Bauteile werden bereits von Unternehmen aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Turbomaschinenbau oder Medizintechnik gefertigt. Doch ein Manko verhindert nach dem derzeitigen Stand der Technik den 3D-Druck von Einsatz- und Vergütungsstahl: Geeignete qualifizierte und zertifizierte Werkstoffe für den entsprechenden LPBF-Prozess, mit denen sich prozesssicher Bauteile ohne Bildung von Rissen und Defekten additiv fertigen lassen, stehen entweder gar nicht oder noch nicht im geforderten Maße für die industrielle Fertigung zur Verfügung.

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Werkstoffentwicklung bis 2021

Und hier setzt das Projekt mit an: Seit Januar 2019 forschen der Anlagenhersteller SMS Group, die Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel, das Fraunhofer-ILT-Spin-off Aconity und das Fraunhofer ILT an neuen, für den LPBF-Prozess optimierte Stahlwerkstoffen. Die Projektpartner setzen in AddSteel auf eine iterative Legierungsentwicklung in Kombination mit einer systematischen Anpassung der LPBF-Prozessführung und -Anlagentechnik. Anschließend folgt der Bau von Demonstratoren für die Herstellung von neuen Komponenten und Ersatzteilen, mit denen die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit getestet und validiert wird.

Bei der SMS Group entsteht bereits eine Anlage zum Verdüsen von geeigneten Metallpulvern, das Unternehmen Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel stellt die entsprechenden Legierungen zur Verfügung und das Fraunhofer ILT testet das zu Pulver weiterverarbeitete Material auf LPBF-Anlagen. Erste Ergebnisse können auf der Formnext erwartet werden.

Nach Unterlagen des Fraunhofer ILT / ag

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