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Herzlich willkommen zu Voll Laser.
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Der Podcast über Lasertechnik.
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Und heute 3D-Druck mit Laserstrahlen.
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Hallo und herzlich willkommen zum Podcast Voll Laser.
Moin Sven.
Moin Knut.
Neue Staffel, neues Glück, neue Musik, neue Energie.
Wir sind wieder da.
Ja, man sagt ja immer, es ist ja erst ab zehn Folgen ein Podcast.
Wir haben kurz überlegt, ob wir zehn Folgen machen und das vor Gut sein lassen.
Aber nein, wir haben noch viele Themen, über die wir reden müssen.
Unter anderem heute das selektive Laserschmelzen, SLM, Selective Laser Mating.
Hallöchen. 3D-Druck mit Laser.
3D-Druck mit Laserstrahlen. Wie geht das denn?
Das gucken wir uns an. Und zwei Papers haben wir mitgebracht.
Die gucken wir uns auch an.
Vielleicht haben wir sogar noch einen Gast, wer weiß.
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Wenn wir uns so einen Plastik-3D-Drucker angucken, sage ich jetzt mal ganz despektierlich,
dann ist da ja so eine Rolle mit Material, das wird durch ein Hotend geschoben,
also heiß gemacht, durch eine Düse extrudiert und dann schichtweise aufgetragen.
Macht man das beim Laser-3D-Drucken beim Selective Laser Mating genauso?
Nein. Und hier erklären wir, warum nicht.
Also wir haben ja schon die Folge gehabt zum Laser-Pulver-Auftragschweißen
und da schon darüber gesprochen, wie das funktioniert, wenn wir 3D-Bauteile mit dem Laser erstellen.
Das Laser-Pulver-Auftragschweißen, da kommt von oben der Laserstrahl und ein Pulverstahl.
Oder es geht auch mit Drahtpulver, also Drahtauftragschweißen heißt das dann natürlich nicht.
Drahtpulverauftragschweißen kann man vielleicht auch kombinieren,
aber warum sollte man das tun?
Jedenfalls dieses Laser-Pulver-Auftragschweißen, Roboter geführt,
kann man eben nutzen, um 3D-Strukturen aufzubauen.
Das ist so vom Workflow her dem Verfahren mit den Kunststoff-3D-Druckern,
den handelsüblichen, die jeder so kennt, das ist da eigentlich ähnlich.
Aber wenn wir sagen, 3D-Druck mit Laserstrahlen und hier mit der additiven Fertigung,
über die additive Fertigung, über die wir sprechen wollen, gehen wir da eigentlich einen Schritt weiter.
Das geht anders. Da liegt das Pulver schon da.
Das heißt, die Aufbereitung der Daten ist eigentlich ähnlich wie,
also wir fangen jetzt einfach mal chronologisch an.
Wir haben eine 3D-Geometrie und wollen die aus Metall bauen.
Das heißt, wir haben eine 3D-Geometrie, die wir mit einem Algorithmus erst mal in Schichten unterteilen,
das sogenannte Slicing, diese Schichten.
Da wird dann die Bahnplanung designt auf diesen Schichten.
Das ist mitunter gar nicht so einfach, weil natürlich es häufig auch um die Auflösung geht.
Also man hat sehr kleine Laserstrahlen mit sehr geringen Spotdurchmessern an der Oberfläche,
50, 60, 70 Mikrometer.
Und wenn man dann größere Bauteile bauen will, muss man halt schon eine ganze Menge Bahn planen,
die man überfährt mit dem Laser, um dann zu arbeiten.
Das wird also alles übersetzt sozusagen.
Also die 3D-Geometrie wird übersetzt in einen Maschinencode.
Und wie sieht die Maschine dann aus?
Das war, glaube ich, das, wo die Frage im Wesentlichen darauf abgezählt hat.
Wir haben ein Pulverbett.
Das Pulverbett wird platziert und abgestreift mit einer ganz dezidierten Schichtdicke,
vielleicht 100, 150 Mikrometer Schichtdicke.
Und dann wird dort die Struktur eingeschrieben mit einem Laser und einem Scanner.
Das heißt, der Laserstrahl braucht einen Laser mit einer sehr hohen Stahlqualität.
Also das ist ein Single-Mode-Faserlaser in der Regel.
Und dann hat man dort zwei Spiegel, die bewegt werden.
Und diese Spiegel werden so bewegt, dass der Laserstrahl so kontrolliert über die Oberfläche fahren kann.
Dann gibt es noch eine Optik, die den Fokus immer auf der Oberfläche lässt.
Also egal, wie die Strahlauslenkung ist, die höchste Leistungsdichte ist auf der Oberfläche.
Und dort wird dann eine Geometrie eingeschrieben.
Dieses Pulverbett wird dann herabgelassen um einen Betrag X, also im Prinzip um eine Schichthöhe.
Dann wird mit einem System eine neue Schicht Pulver aufgetragen.
Und dann wird dort wieder die nächste Struktur eingeschrieben.
Und dann wird es wieder abgelassen, neue Schicht auftragen, eingeschrieben und so weiter.
Und das ist zyklisch, bis das Ganze fertig ist.
Das heißt, wir haben also schon eine Verwandtschaft zu den Plastik-3D-Druckern in Form dessen,
dass wir eine Z-Achse haben, also eine Höhenachse, die entsprechend verfahren wird.
Anders ist halt, wie das Material dazu kommt, das was wir gerade beschrieben,
über dieses Auftragen einer definierten Schichtstärke.
Und die Schichtstärke, damit kann man dann natürlich auch sehr schön die Auflösung in dieser Achse definieren.
Und über die Größe des Laserspots an der Stelle wird dann halt die Schichtstärke in den anderen Raumrichtungen im Prinzip definiert.
Damit wissen wir dann halt, wie dicht und wie dick unsere Strukturen werden.
Genau, aber Auflösung ist natürlich nicht alles.
Also der Teufel steckt im Detail.
Das ist ein alter Kollege von mir hat mal gesagt,
dass 3D-Drucken mit Laserstrahlen auch nur cool für die Leute, die es nicht machen müssen.
Oh, weil das glaube ich fairerweise für so ziemlich jeden Prozess geht.
Ja, das stimmt.
Aber dieses Verfahren ist halt noch, also aus den Kinderschuhen wächst es langsam raus
und ist jetzt vielleicht sozusagen in Schuhgröße 36, aber es ist noch nicht ausgewachsen und ausgereift.
Und es gibt unheimlich viele Details, mit denen man sich befassen kann.
Die Anforderungen ans Pulver, wie oft kann man das Pulver wiederverwenden,
die Spannungen, die in den Bauteilen entstehen,
die Eigenschaften als Funktionen des Ortes, wo man das Ganze aufbaut.
Die Frage ist immer, wenn wir ein solches Bauteil herstellen mit diesem Verfahren,
wir vergleichen das zum Beispiel mit Guss- oder zerspanungstechnischen Bauteilen,
wie sind die Eigenschaften im Betrieb?
Genau, und da ist man natürlich ein bisschen hinterher.
Man hat aber mehr Freiheitsgrade.
Also warum sollte man dieses Verfahren anwenden?
Da gibt es im Prinzip zwei wesentliche Treiber.
Das eine ist das Herstellen von Komplexbauteilen, das andere ist eine sogenannte Mass Customization.
Die Mass Customization, also die Individualisierung von Produkt zu Produkt,
die kann man sich gut vorstellen.
Das typische Beispiel ist das Herstellen von Zahnimplantaten oder Prothesen.
Zähne sind immer irgendwie gleich, aber auch immer irgendwie anders.
Das heißt, es ist individuell von Bauteil zu Bauteil, aber es ist so ähnlich,
dass man den gleichen Parametersatz verwenden kann.
Laserleistung, Verfahrengeschwindigkeit, Hedgeabstände usw.
Also welche Spur über Lappe und dergleichen.
Aber wenn man jetzt einen Würfel baut und als nächstes eine Stegstruktur und als nächstes ein Netz,
dann muss man da komplett anders rangehen.
Ich erinnere mich damals in Bremen, dass wir immer versucht haben, die Bremer Stadtmusikanten zu bauen,
und der Hahn ist oben immer abgebrochen.
Das waren sozusagen die ersten Schritte.
Dann ist ein guter Rad teuer, aber warum bricht der Hahn jetzt oben immer ab?
Ist das eine Frage der Geometrie?
Bleibt diese Lippe von diesem Rakel hängen, die die nächste Schicht aufbaut?
Ist das eine Frage von den Spurparametern an der Stelle?
Das sind immer ganz viele Detailfragen an der Stelle.
Deswegen gibt es auch Anlagen, die z.B. auch in der Lage sind, dass man das Bett unten vorwärmt.
Das ist ja im Schweißen auch eine gängige Praxis, dass man Bauteile vorwärmt,
wenn sie werkstofftechnisch sehr anspruchsvoll sind oder so.
Und es gibt halt auch Platten, die man vorwärmen kann.
Ich glaube, da werden wir auch später nochmal drüber reden.
Ja, das kommt in einem von unseren Papern auf jeden Fall nochmal ziemlich prominent vor,
die wir nachher noch vorstellen werden.
Jetzt haben wir über die Maß-Customization gesprochen,
dass wir also unterschiedliche Bauteile herstellen, also Produktlosgröße 1.
Die andere Variante ist halt, dass man in der Lage ist, mit dem 3D-Druck Geometrien herzustellen,
die man sonst nicht so einfach herstellen könnte, die also einen besonders hohen Freiheitsgrad haben.
Da kann es sein, dass man Bauteile herstellt, die sehr komplex sind und man sich entscheidet,
also baue ich meine Einspritzdüse jetzt aus ganz vielen Einzelteilen und setze die dann zusammen
oder baue ich sie aus einem Komplexteil.
Oder man geht sogar so weit und baut Teile mit einer so komplexen Geometrie
aufgrund der Kraftführung oder Ähnlichem, vielleicht auch bionische Strukturen,
die also so ein bisschen organisch aussehen, dass man sagt,
ich baue die Werkstücke so, dass sie nur mit diesem Verfahren hergestellt werden können.
Das kann halt auch ein Grund sein.
Also das sind sozusagen die Treiber, warum man dieses Verfahren einsetzt.
Ja, das sind ja auch die typischen Bauteile, die man dann zu sehen kriegt,
wenn man das Thema mal suchmaschiniert.
Da fallen dann durchaus diese bionische Strukturen ziemlich häufig raus,
die ja den riesengroßen Vorteil haben, dass sie sehr, sehr leicht sein können,
weil sie im Prinzip genau den Kraftlinien folgen oder genau den Kräften entgegenstehen,
die sie aushalten müssen und kein Stück mehr haben.
Also da muss nichts um die Ecke.
Jetzt haben wir über das Verfahren geredet.
Lass uns noch mal kurz über die Werkstoffe reden.
Wir haben bis jetzt nur gesagt, metallisches Pulver.
Was für Pulver kann man da verwenden? Was für Werkstoffe sind möglich?
Was für Werkstoffe sind gängig?
Im Prinzip alles, was interessant ist, da wo es teuer ist.
Also man kann Stähle einsetzen bis hin zu Werkzeugstählen.
Werkzeugstähle aber nur sehr eingeschränkt, das ist immer ein bisschen ein Gänsefüßchen,
weil die natürlich in ihrer Eigenschaft auch wärmebehandelbar sind
und damit eben auch durch Schweißgefüge sehr stark aufhärten.
Also man möchte natürlich gerne Werkzeuge auch mittels SLM herstellen,
hat aber da eben noch eine Menge Schwierigkeiten.
Aluminiumlegierungen kann man herstellen, ist natürlich für Luftfahrtanwendungen interessant,
als auch Titan. Im Prinzip ist das alles möglich.
Ich glaube man macht auch INKO 718, also Nickelbasislegierungen würde man auch machen.
Stelid müsste eigentlich auch gehen, also Cobaltbasislegierungen,
also sozusagen alles, was in der Schweißtechnik auch anwendbar ist, findet man hier auch wieder.
Wo ich persönlich denke, was schwierig ist, ist es gibt halt Legierungen,
zum Beispiel auch Aluminiumlegierungen, die empfindlich sind gegenüber wieder Aufschmelzrissen.
Das heißt, man hat hier schon einen Werkstoff, also das ist schon so,
dass man immer wieder mit dem Laser über die gleiche Stelle geht.
Und ein Volumenincrement kann man sich so vorstellen, wenn man sich so einen Punkt rausnimmt,
dass man an dieser Stelle sieht, das wird immer wieder umgeschmolzen.
Wir stellen ja gleich noch zwei Paper vor und in einem der Paper sieht man auch eine Menge Querschliffe,
also Schnitte durch die entstandenen Strukturen.
Und da sieht man dann die verschiedenen Raupen mit den Erstarrungsgefügen.
Das ist eigentlich schon mal ganz interessant unterhellend, wenn man sich das so anguckt.
Was passiert mit dem Pulver, wenn es fertig ist?
Also da hat man ja einen Bauteil und das liegt dann ja da komplett in Pulver.
Kann man das Pulver recyceln oder wie sieht das aus?
Ja, in der Luftfahrt spricht man oft vom "Buy to Fly" Ratio, also wie viel muss ich kaufen und wie viel fliegt nachher.
Und wenn man natürlich die Zerspanungstechnik hat, dann ist es so, dass da mitunter teilweise wirklich 5% nur fliegen.
Also keine Ahnung, man kauft halt einen Kilo Titan und 50 Gramm gehen dann nachher in die Luft.
Und der Rest ist dann Späne.
Diese Späne kann man mitunter auch recyceln, aber nicht vor Ort, sondern man würde die Späne einschicken und so weiter.
Aber also dezentral.
Das Pulver einfach wieder zu verwenden, beim SLM, da geht man häufig von aus.
Es geht aber glaube ich nicht beliebig oft.
Also auch wenn man eine Schutzgasatmosphäre hat, würde es immer so sein, dass man ein bisschen Oxidation hat.
Man hat sicherlich partiell aufgeschmolzene Pulverpartikel oder ähnliches.
Das hängt sehr stark von der Anwendung ab, vom Pulver ab, von der Geometrie und so weiter.
Was echt ein Thema ist, denke ich, was sehr aufwendig ist, muss man dabei wissen, wenn man zum Beispiel,
weil dieses Pulver ist halt vom Handling her nicht so ganz einfach, das muss also trocken sein.
Das muss also von Feuchtigkeit ferngehalten werden.
Das kennt man vom Laserspulverauftragschweißen.
Das ist beim selektiven Laserschmelzen sicherlich eher ein bisschen aufwendiger.
Die Pulverpartikel sind auch ein bisschen kleiner fraktioniert.
Das heißt, die Durchmesser der Pulverpartikel im Mittel sind kleiner.
Das bedeutet, dass die Oberfläche zu Volumenverhältnissen größer ist.
Die nehmen vielleicht auch leichter Feuchtigkeit auf, würde ich jetzt mal daraus schließen.
Das heißt, dann kann es natürlich dazu kommen, dass das Pulver nicht mehr gut fließfähig ist.
Oder was viel schlimmer ist, ist, dass man Feuchtigkeit mit in den Prozess bekommt.
Das sind alles so Aspekte.
Was aber echt schwierig ist, ist auch zum Beispiel das Pulver zu wechseln.
Also heute Aluminium, morgen Titan, übermorgen Werkzeugstahl.
So wird das nicht laufen auf einer Anlage.
Ich glaube, dass man im industriellen Maßstab da auch eher auf einem Pulver pro Anlage bleibt,
weil man im Prinzip die halbe Anlage auseinanderbauen müsste, um das Pulver aus allen Ecken wieder rauszusaugen.
Das ist jedenfalls schwierig.
Das stelle ich mir sehr schwer vor.
Das ist ja bei unserem Pulverförderer, wenn wir das Pulver wechseln müssen, nicht so ohne.
Also da wirklich alle Stellen, wo ein Pulver eventuell noch drin hängt, sauer zu kriegen, das ist schon eine ganz schöne Aktion.
Ja, den müssen wir auseinandernehmen, bevor das nächste Pulver kommt.
Dann, was wir wahrscheinlich nicht auseinandernehmen, ist die Pulverdüse.
Aber da kann man einfach, das ist schon irgendwann, das löst sich schon von alleine.
Aber unterm Strich ist das schon eben genau das Problem, dass man da eben keine Kontamination hat.
Also das ist nicht so ganz einfach.
Wenn man dann an Luftfahrt oder Raumfahrt oder solche Dinge denkt, da sind natürlich die Zulassungsgesellschaften hinterher.
Das muss man alles sicherstellen, etc. etc.
Und am Ende geht es darum, die Eigenschaften von den Bauteilen hängen halt zusammen mit den Prozessparametern.
Und man mag denken, also es ist halt sehr schnell erklärt, wie es funktioniert, aber es gibt wirklich sehr, sehr, sehr viele Parameter.
Wir haben heute auch wieder zwei Paper dabei aus der aktuellen Forschung, über die wir was erzählen wollen.
Willst du anfangen? Soll ich anfangen?
Ja, ich fange mal an.
It's paper time.
Ich habe hier ein Paper mitgebracht aus dem International Journal of Advanced Manufacturing Technology.
Hier steht sogar 2021 drauf.
Also angenommen ist vielleicht auch mal interessant, so die Zeitlinie, weil ich sie hier gerade auf dem Schirm habe.
23. Juli 2020 ist das Paper eingegangen.
Accepted war es am 2. November 2020 und am 7. 2020 online publiziert.
Aber verortet ist das im Journal von 2021.
Also gemacht wurden die Versuche vielleicht schon 2019.
Aber das ist, also ich finde, das ist relativ flott.
Okay, aber fangen wir mal an. Also das Paper heißt "Effect of Process Parameters and the Microstructure and Mechanical Properties of Aluminum Fabricated Using Selective Laser Melting".
Also es werden Aluminiumteile hergestellt.
Ich habe jetzt Aluminium, also hier steht die Aluminiumlegierung, eine 2024 Legierung.
Wie ändert sich die Mikrostruktur der Bauteile und die mechanischen Eigenschaften von dieser Aluminiumlegierung beim selektiven Modell?
Also die Abhängigkeit der Prozessparameter.
Das ist eine Arbeitsgruppe aus Cardiff, UK, Shandong University, China und Nanjing, China.
Und die Arbeit mit dieser Aluminiumlegierung, das ist eine Aluminium-Kupferlegierung.
Da drin ist auch Magnesium und Silizium.
Diese Legierung sind, also Aluminium ist sehr schwierig zu schweißen.
Das bietet eine Menge Herausforderungen und eine der Herausforderungen ist auch die Rissanfälligkeit, insbesondere bei diesen Legierungen.
Das haben sie auch adressiert. Das ist schon Fig. 1, eigentlich ein ganz gutes Bild, wo man mal sieht, bei welchen Gewichtsprozenten an Legierungsbestandteilen eben die Rissanfälligkeit vorhanden ist.
Man sieht, das geht also so hoch und dann wieder runter.
Und zum Beispiel Magnesium ist so ein bisschen über den Peak.
Magnesium verliert man aber leicht im Prozess. Das kann ausgasen und dann nimmt die Rissanfälligkeit vielleicht sogar noch wieder zu.
Das ist hier ganz gut beschrieben und es ist also schwer schweißbar.
Also es ist nicht einfach zu beherrschen.
Die Pulverspezifikationen sind genannt und dann der Prozess ist dann halt, was sie im Wesentlichen variiert haben, ist halt, also sie haben über zwei Leistungen gearbeitet und dann haben sie halt die Verfahrgeschwindigkeit variiert und Hatchspacing.
Hatchspacing ist der Hatchabstand, also der Abstand zwischen zwei Linien.
Die Linien sind meanderförmig übers Bauteil gefahren und der Abstand von diesen Meanderraupen, wenn man so will, ist halt der Hatchabstand, also wie viel ein Laserspot den Benachbarten überlagert.
Dann wurde die Lage immer gedreht bis zur nächsten Lage.
Eine schöne Aufnahme von den Pulverpartikeln ist auch dargestellt.
Bild 3, das kann man sich anschauen mit einer raster elektronenmikroskopischen Aufnahme.
Hier im Mittel sind sie 37,6, also rund 40 Mikrometer im Durchmesser.
Die Pulverpartikel, aber die kleinsten sind auch 20 oder die größten 60.
Das ist sozusagen die Streuung.
Die Pulverpartikel, wenn ich die sehe, die sind nicht sehr sphärisch.
Also es gibt viele Satelliten, das heißt Pulverpartikel, an denen kleinere irgendwie anhaften.
Das spricht eigentlich für eine geringe Fließfähigkeit.
Das habe ich jetzt beim Text nicht gelesen, dass da drauf eingegangen wurde.
Vielleicht habe ich es aber auch überlesen.
Dann gibt es eine Tabelle mit den verschiedenen Prozessparametern.
Daraus lassen sich Energiedichten ableiten.
Also wir wissen, wie schnell wir fahren, welchen Überlap wir haben, welche Leistung wir haben.
Kann man halt ausrechnen, wie viel Joule pack ich in einen Kubikmillimeter.
Also wie viel Energie bringe ich ins Material.
Wir haben auch als erster Ansatz für die Porosität entscheiden,
oder der Anteil an Volumen, das nicht ungeschmolzen wurde, was übrig bleibt.
Dann wurden systematische Versuche durchgeführt und die Dichte vermessen.
Ein sehr schönes Bild ist Fig. 6.
Ich verweise da einfach drauf, weil das auch ein Open Access Paper ist.
Und man sich das ja parallel angucken kann.
Da ist sozusagen der Matrix aufgestellt mit Querschliffen, 5x5 Bilder, Geschwindigkeit und Laserleistung.
Und je langsamer und je mehr Leistung, desto besser ist das Ganze verfüllt.
Also man sieht halt, dass eben, wenn man sehr schnell ist und sehr wenig Leistung hat,
dass dort Bereiche sind, die gar nicht umgeschmolzen werden, weil die Laserstreifen vielleicht nicht durchkommen.
Da ist die Energiedichte natürlich auch sehr niedrig.
Und das ist eigentlich sehr schön dargestellt, das Prozessfenster, das sich bildet.
Das sind auch im Grunde genommen genau die Abbildungen, die wir suchen,
wenn wir irgendwie mit einem neuen Werkstoff was machen wollen.
Dann sucht man natürlich erstmal nach Paper, wo sich jemand schon mal sowas Ähnliches gemacht hat.
Und das sind über die Abbildungen, wo man sich sehr freut.
So ja, okay, da steht drin, ab wo es denn was werden kann.
Ab da kann ich schon mal anfangen, da muss man nicht selber suchen.
Ja, das ist total wichtig.
Es ist auch die Frage einer Insel der Stabilität.
Also es ist so vom Vorgehen her auch genau das.
Ich mein, Sven, du weißt, ich weiß es.
Das ist aber genau das, was wir ja auch im Labor machen.
Wir machen Laserpulver-Auftragsschweißen, haben neuen Werkstoff und haben neuen Studierenden.
Dann passt das zusammen.
Und der Werkstoff, der Studierende und der Prozess, die setzen sich dann hin und machen.
Genau so ein Plot.
Also ein Parameter über dem anderen, ganz viele Versuche.
Und zu gucken, wo sind die Guten, wo sind die Schlechten.
Wichtig ist immer, dass man immer so ein bisschen den einen Schritt zu weit geht.
Immer ein bisschen zu viel Laserleistung, ein bisschen zu wenig.
Und ein bisschen zu viel Geschwindigkeit und ein bisschen zu wenig.
Ich erinnere mich da an das, was bei uns im Labor gerade rumliegt, wo wir ein Prozessfenster nachgefahren haben.
Also das, wo wir jetzt gerade dran arbeiten und da hat ein Student dran gearbeitet.
Ich glaube, du hast sie auch gesehen, ne?
Ja, habe ich.
Da sind die Raupen so schlecht angebunden gewesen, dass sie sogar von der Probe runtergefallen sind.
Das ist natürlich nicht brauchbar, aber es ist eben ganz wichtig, nachher zu sehen.
Wir machen uns so ein Plot und sehen, wo ist der Prozess denn stabil.
Und wenn man nachher eben mit Prozessparameter fährt, will man eben nicht am Rande der Stabilität arbeiten, sondern möglichst in der Mitte.
Und das ist eben genau der Grund, warum man so was macht.
Was da sehr schön war, man hat relativ selten den Luxus, dass die Raupen dann so wirklich direkt oder die einzelnen Versuche direkt nebeneinander auf einem Blech stattfinden.
Also aus technischen Gründen geht das halt oft nicht.
Da muss man ein anderes Blech nehmen und dann hat man sich mal vertan oder irgendwas vergessen.
Und dann hat man also irgendwie, Raupe eins ist dann hier und Raupe eins ist irgendwo da hinten.
Und in dem Fall hat es halt wirklich sehr schön geklappt, dass man wirklich sagt, okay, die Raupe hält gar nicht.
Die hält gerade so, die nächste sieht ganz gut aus.
Dann werden die immer besser und irgendwann werden sie wieder schlechter. Und das ist halt eine tolle Darstellung.
Wenn sowas auch mal bei den Proben so eindeutig, wie sich Leinen das eigentlich so vorstellen, wenn das mal so schön sichtbar ist, das war da auf jeden Fall ganz cool.
Stimmt, genau. Aber jetzt zurück zum Paper.
Diese Matrix hat man halt auch nochmal aufgestellt über den Spurabstand und die Geschwindigkeit.
Dieser Spurabstand ist natürlich auch ein ganz wichtiger Parameter.
Er darf nicht zu klein sein, nicht zu groß.
Wenn er zu kleines Problem mit den Poren hatten, sie hier nicht. Aber dann ging es irgendwann in die Risse.
Das heißt, da gibt es auch ein Optimum, weil wenn man zu viel Energie einbringt, dann ist das halt auch nicht gut.
Ist hier aber schön dargestellt.
Auch im Prinzip der Bereich, wo die Energie so, also das Ganze dann nochmal in Diagrammen.
Ich glaube, das müssen wir jetzt nicht nochmal extra erklären.
Aber schön sind dann halt auch, also Härte wurde auch gemessen, schön sind dann aber auch die Querschliffe.
Die sind echt ganz schick geworden.
Ich sage mal, Abl.12, wo man eben genau sehen kann, wie diese einzelnen Raupen erstarrt sind.
Und es ist halt so, als würde man, keine Ahnung, also ich vergleiche das immer damit.
Man würde mit einem Fineliner irgendwie einen ganzen Raum streichen wollen.
So ist das irgendwie auch mit einem Laserpulverauftragsschweißen.
Wir haben ja so einen ganz kleinen Laserstrahl und müssen irgendwie ein großes Volumen abrastern oder eine große Fläche.
Ja, und da sieht man eben auch die einzelnen erstarrten Raupen und auch, wo die Risse ausgehen
und wie die Risse durch die einzelnen Raupen laufen und wie sich das Gefüge auch verändert
und das Gefüge dann auch anhand der Erstarrungslinien ausbreitet.
Das ist eigentlich ganz wichtig immer und weiß ich auch noch aus eigener Erfahrung, auch aus der Praxis der Industrie,
dass es einfach total Sinn macht, sich solche Risse wirklich anzugucken und genau zu schauen,
wo verlaufen sie denn, wo ist der Riss entstanden, wo läuft er durch, was ist sozusagen der geschwächte Bereich
und wie verhält sich zum Beispiel die Orientierung des Werkstoffs da.
Wir haben hier auch immer wieder Effekte von orientierter Erstarrung, directional solidification,
dass also die Erstarrung sich epitaktisch an anderes Gefüge orientiert.
Und da gibt es Kräfte, die da wirken, die manchmal entgegen zeigen können, was der Riss ausbreitend begünstigend wirken kann.
Seistrom, das ist hier alles ganz gut dargestellt und ich mag sehr gerne diese Aufnahmen,
diese Raste elektronenmikroskopischen Aufnahmen, auch eine schöne Untersuchung.
Man kann auf Bild 14 sehen, so ein Lunker, also so ein Bereich, wo kein Laserstrahl war
und da liegen tatsächlich noch Pulverpartikel drin. Sieht aus wie so eine Höhle mit großen Kugeln.
Ja, das ist echt eine geile Aufnahme. Also alleine für die Aufnahme, also Figure 14, das lohnt es sich mal, in das Paper reinzugucken.
Das ist schon ziemlich cool, wenn man sich dann den Maßstab anguckt und sich verdeutlicht, was das heißt.
Also ich kenne diese Aufnahmen, mit sowas arbeite ich seit 20 Jahren, aber im Prinzip bin ich immer wieder davon begeistert.
Also es ist schön geworden. Ja, es geht dann noch ein bisschen um Härte und Härteeindrücke und auch die Festigkeit der Proben.
Ich glaube, da müssen wir jetzt nicht tiefer drauf einsteigen.
Es ist auf jeden Fall ein sehr großes, vollständiges Paper und es hat auch 18 Seiten und ist, wie gesagt, open access.
Kann ich mal empfehlen, da einfach mal reinzuschauen. Da kriegt man ganz guten Rundumüberblick über diese Geschichten.
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Das hatten wir diesmal gar nicht erwähnt. Die Paper, die wir vorstellen, sind ja in aller Regel open access.
Ich könnte mir vorstellen, dass wir da ganz gelingt nicht mal von Ausnahmen machen, aber in aller Regel sind die halt frei im Internet verfügbar und die Links dazu sind in den Show Notes.
So auch das nächste Paper, da geht es um den Einfluss der Temperatur der Grundplatte und der Art des Schutzgases auf den Verzug und die mechanischen Eigenschaften und die Herdbarkeit von einem Stahl 16 MNCA5.
Das Paper ist erschienen im Rahmen der 53. Serb Conference on Manufacturing Systems und ist eine Zusammenarbeit von dem Fraunhofer Research Institute for Casting, Composite and Process Technology in Augsburg und dem Institute of Machine Elements in München.
Die Autor*innen stehen da auch drauf, die werde ich jetzt nicht alle vorlesen. Ja, das können ihr dann ja selber nachgucken.
Worum geht es habe ich gerade schon gesagt, im Wesentlichen darum, wir haben bei diesem Prozess natürlich auch Verzug wie bei allen Schweißprozessen und ähnlichem.
Und der ist halt auch hier da und speziell wenn man so lange Strukturen druckt, dann verziehen die sich halt und kommen unter Umständen hoch von der Platte.
Es kann da zu Rissbildungen kommen und ähnlichem. Und das gilt es natürlich zu vermeiden, indem man die Parameter korrekt wählt.
Ja, die haben hier so einen Cantilever heißen, die Dinger auf Englisch, also so ein Krak-Arm im Prinzip gedruckt und da hat man natürlich genau das Problem.
Die sind relativ schmal und relativ niedrig im Gegensatz zu dem, wie sie lang sind.
In dem Fall ist das Ding 8 mm hoch, 7,2 mm breit, aber 80 mm lang.
Und das Ding verzieht sich halt und reißt dann unter Umständen wirklich von der Grundplatte ab und das wollen wir natürlich nicht.
Was kann man dagegen tun? Alle, die sich mit Kunststoff 3D Druck auskennen, sagen natürlich, naja, wenn das Ding von der Platte hochkommt, dann musst du halt sehen, dass deine Betttemperatur, also die Grundplattentemperatur höher ist.
Und genauso macht man das hier auch. Die haben die Temperatur variiert von 80 bis 600 Grad. Warum 600 Grad? Das ist die Stress Relief Temperature. Wie heißt das auf Deutsch?
Ja gut, also die Temperatur, bei der man sämtliche Spannungen aus diesem Material rauskriegt, die liegt bei 600 Grad. Dementsprechend haben sie in dem Bereich die Platten Temperatur variiert.
Und haben das natürlich in mehreren Schritten gemacht und das Ergebnis war jetzt erstmal erwartbar, wobei natürlich die konkreten Zahlen wichtig sind.
Der Verzug hat sich halt mit steigender Temperatur reduziert und wenn man wirklich auf die 600 Grad kommt, was gar nicht so einfach ist, denn die meisten konventionellen oder kommerziell erhältlichen Geräte, die können ihre Temperatur gar nicht so hochfahren, also die können die Grundplatte gar nicht so hoch aufheizen.
Ich glaube, hier stand 200 Grad wäre so das, was die meisten Geräte können.
Ich glaube, das sind die Dichtungen. Also die Dichtungen dieser Plattform, die man absetzt, die müssen ja auch der Temperatur widerstehen.
Ja, ich meine 600 Grad ist ja schon eine Hausnummer, also da muss man erstmal überhaupt ein Gerät haben, was das abkann, klassisch.
Jaja.
Wenn man bis auf die 600 Grad hochgeht, dann hat man gar keinen Verzug mehr. Der andere Einflussfaktor, den man sich angeguckt hat neben dieser Betttemperatur, ist, welches Schutzgas man verwendet.
Und zwar hat man hier mal ausprobiert, was passiert denn, wenn wir statt dem gängigen Agon mal Stickstoff benutzen.
Ja, man hat gemerkt bei den niedrigen Temperaturen hat dann die Betttemperatur und das Schutzgas zusammen variiert.
Bei den niedrigen Temperaturen war der Effekt doller, bei den höheren Temperaturen war er nicht so stark.
Und der Verzug war höher, wenn man das Stickstoff als Schutzgas verwendet hat.
Das ist relativ einfach zu erklären. Das Stickstoff hat eine wesentlich bessere Wärmeleitfähigkeit.
Das heißt, ich kühle schneller ab damit, das heißt, die Hitze geht schneller raus aus dem Bauteil und damit habe ich halt meine Temperaturunterschiede und damit habe ich meinen Verzug.
Das ist bei den geringeren Plattentemperaturen stärker gewesen als bei den höheren.
Auch das erklärt sich, glaube ich, ist, glaube ich, erwartbar.
Ja, ein Tod muss man immer sterben. Der, den man in diesem Fall stirbt, ist, dass die Einsatzhärtbarkeit des Stahls schlechter wurde, wenn man mit höheren Temperaturen gedruckt hat.
Auch das ist natürlich klar. Ich gehe jetzt auf die Feinheiten der Gefüge. Die sieht der Ausbild nicht ein.
Das tut das Paper sehr ausführlich. Was heißt sehr ausführlich? Das tut das Paper ziemlich ausführlich.
Das kann man also selber nachlesen, aber man hat dann halt das Problem, dass die Härtbarkeit einfach schlechter wird.
So ist man dann letzten Endes auf einen Mittelwert gekommen, wo man sagt, bei, ich glaube, es waren 200 Grad ist der Verzug so gering, dass wir damit leben können.
Und auf der anderen Seite die Härtbarkeit noch so, wie wir sie eigentlich brauchen.
Das ist so die Zusammenfassung dieses Papers in ganz wenigen Sätzen.
Für Details verweise ich, wie gesagt, auf das Paper. Da steht dann auch nochmal genau drin, in welcher Tiefe des Materials die Härte wie hoch ist, bei welchen Kombinationen von Temperatur und Schutzgas und so weiter und so fort.
Ist halt ein Klassiker für das, was wir vorhin schon gesagt haben.
Erst mal schön, dass man so ein Verfahren hat. Aber die Frage ist dann natürlich, was kommt bei raus und wie beeinflusst das eine weitere Prozesskette?
Stimmt. Es ist auch sehr schön dargestellt, dieser Effekt von dem Stickstoff, weil das dem Stickstoff halt eben mehrere,
mehrere Effekte hat. Man nimmt ja Stickstoff auch, um Werkzeuge zu nitrieren, also aufzusticken und damit Eigenschaftsänderungen zu erreichen.
Und hier ist die Frage eben, wenn man das ganze Volumen eben bearbeitet, wie der Stickstoff sozusagen wirkt, dargestellt auch in dem, was man erwartet in dem Schäffler Diagramm.
Hier der Effekt von Stickstoff und dann nachher auch in der Auswertung. Also man sieht Gefügeveränderungen bedingt durch den Stickstoff in der Atmosphäre, aber nicht so stark.
Und dann auf der anderen Seite eben diesen Wärmeleitungseffekt. Das ist schon, finde ich, echt sehr gut.
Es ist halt wie immer, ja, es geht um die Werkstoffe und da geht es hier tief rein. Aber vielleicht sollten wir mal jemanden finden, der sich mit diesem ganzen Kram noch mehr auskennt.
Ja, man merkt, dass wir so ein Gerät nicht haben und mit so einem Gerät zumindest ich auch noch nie gearbeitet habe.
Und bei dir ist es glaube ich ein bisschen her. Also vielleicht, vielleicht kennen wir da ja wen.
Ja, gucken wir mal.
Und schon wieder haben wir einen Gast, Professor Frank Brückner aus Dresden. Hallo Frank.
Hallo Knut, grüß dich.
Na, wie geht's dir? Geht's dir gut?
Mir geht es soweit prima. Alles, alles bestens hier in Dresden und freue mich über die Einladung, dass ich heute hier etwas zu den Pulverbett-Technologien sagen darf.
Ja, auch noch ein herzliches Willkommen an den Sven.
Ja, hallo. Super. Du erzähl doch einfach mal in Schwank, was machst du so und womit beschäftigst du dich so? Was hast du mit additive Fertigung zu tun?
Ja, das prägt auch schon einen gewissen Anteil meines Lebens. Also ich bin dort am Fraunhofen Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, IWS, tätig in Dresden.
Und wir beschäftigen uns mit einer ganzen Vielzahl von additive Technologien.
Das heißt überwiegend Freistrahltechnologien, also das Laserpulverauftrag schweißen mit Pulver oder mit Draht, Pulverbettverfahren mit verschiedensten Strahlquellen,
zum Beispiel mit dem Elektronenstrahl oder mit dem Laserstrahl, aber auch eben nicht strahlbasierten Quellen, das heißt beispielsweise dem Bindert-Shetting oder dem FFF, FDM-Druckverfahren,
das heißt also den klassischen 3D-Druck, das sind so Technologien, die bei uns im Fokus stehen, aber auch Steriliotographien, also mit einem Harz-basierten Verfahren.
Oder das Ganze eben auch in Hybridkonstellation, das heißt also wir kombinieren auch diese additive Technologien, um beispielsweise einen hohen Komplexitätsgrad mit ausländer Bau-Dimension zu kombinieren.
Das heißt wir betrachten diese additive Verfahren entlang der gesamten Prozesskette von dem Ausgangswerkstoff, das hier meistens ein Pulver ist, oder eben ein Draht, ein Band, eine Paste, ein Aerosol.
Und bis hin zur Nachbearbeitung, wo man letztendlich das Bauteil auf so einen entkonturnaren Zustand bringt, dass man es für die Anwendung entsprechend einsetzen kann.
Vielleicht ein paar Aspekte. Ich bin schon mal kurz darauf eingegangen, dass wir uns hier mit Technologien befassen, die in unterschiedlichen Hauptverfahrensgruppen einzuordnen sind.
Wir haben also hier Verfahren, die auf einer Strahlquelle basieren oder eben halt ohne Strahlquelle. Und da ist es so, dass eine Technologiegruppe im Grunde genommen diese Pulverbettverfahren repräsentieren.
Dort haben wir in der Vergangenheit verschiedenste sehr interessante Projekte bearbeitet, Richtung Branchen wie Dental oder die Humalmedizin sind auch in Bereiche gegangen wie Luft- und Raumfahrt.
Man kann auch Anwendung finden, Energietechnik oder eben Werkzeugformbau. Es gibt eine ganze Reihe von interessanten Thematiken.
Gerade in den letzten Wochen haben wir uns mit beispielsweise Reinkupfer beschäftigt.
Hier nehmen wir als Laserstrahl einen grünen Laser mit reichlich 515 Nanometern, um eine hohe Absorption zu erreichen und so hier auch einen hochreflexiven Werkstoff verarbeiten zu können.
Also die additive Fertigung von Kupferpulver mittels eines grünen Laserstrahls bringt es zum Schmelzen und den schickt ihr durch einen Scanner. Und der grüne Laserstrahl ist ein frequenzverdoppelter Scheibenlaser?
Genau, das ist ein frequenzverdoppelter Scheibenlaser. Vielleicht aber ganz kurz noch mal zu Thematix selber.
Clut, du hattest ja schon einige Komponenten dieser Laserstrahlanlage, diese gesamten pure Bettanlage genannt.
Also im Grunde genommen ist es ein großer Kasten, da ist irgendwie eine Laserstrahlquelle integriert.
Also das ist in der Regel ein Faserneser-System oder eben ein Scheibenleser-System, in dem Fall so ein frequenzverdoppelter.
Und der wird über eine Lichtleitphase an eine Scanner-Optik geleitet. Diese Scanner-Optik lenkt diesen Strahl in x- und y-Richtung in die Baukammer auf ein Pulverbett, was lagenweise erneut aufgetragen wird.
Und in der Pulverkammer senkt sich entsprechend dann dieses Pulverbett nach dem Umschmelzen, was selektiv erfolgt, ab. Und so kann man Lage für Lage quasi ein sehr komplexes Bauteil durch ein selektives Umschmelzen erreichen.
Das kann also wie gesagt ein Laserstrahl sein, verschiedener Wellen hängen, das kann aber auch ein Elektronenstrahl sein.
Ja und daraus resultiert jetzt endlich die Möglichkeit innere Kapitäten, Kühlkanäle zu integrieren.
Wir können sehr endkontroller Werkzeuge aufbauen, wir können sehr schwer schweißbare, sehr rissempfindliche Werkstoffe verarbeiten.
In der Regel sind diese Kammern auch vorgewärmt, das heißt wir haben dort eine Heizquelle integriert, das heißt die kann das Pulverbett auf ein gewisses Temperatur bringen.
Bei sehr ambitionierten Werkstoffen kann das teilweise sogar ein bisschen zu sehr hohen Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius gehen.
Das sind also hervorragende Möglichkeiten, um Bauteile zu generieren, die wir vielleicht vor 15, 20 Jahren in der Form überhaupt nicht herstellen konnten.
Die Technologien sind auf der einen Seite quasi eine Erweiterung der Fertigungsmöglichkeiten, die man bisher hatte.
Auf der anderen Seite partiell auch natürlich eine Substitution von bereits etablierten Fertigungsmöglichkeiten.
Ich habe noch mal eine Frage zu dem grünen Laser, das interessiert mich jetzt einfach mal.
Wenn man sich einen frequenzverdoppelten Laser anschaut, ist der ja eigentlich theoretisch in seiner Strahlqualität, kann der ja eigentlich auch besser sein.
Der kann ja ein geringeres Strahlparameterprodukt haben als ein Infrarotstrahl, weil das Strahlparameterprodukt ja proportional zu der Wellenlänge ist.
Macht sich das bemerkbar? Also ist die laterale Auflösung bedingt durch einen kleineren Spot beim grünen Laser ein Thema?
Oder wird es so sagen, der frequenzverdoppelte Strahl ist jetzt so in Spotgröße, also Stand der Technik heute, vergleichbar mit dem Infrarotstrahl?
Also es ist so, dass wir jetzt aktuell, was die Umflächenbeschaffenheiten angeht, keine großen Unterschiede zu den konventionellen Laserquellen sehen.
Also ich brichte den 1064 Nanometern. Die oberflächliche Qualität wird ja relativ stark dadurch bestimmt, was für ein Pulver ich hinzufüge.
Wir haben ja typischerweise Pulverkörngrößen im Bereich von 40, 50, 60 Mikrometern.
Und jetzt kann man sich vorstellen, dass so partiell anhaftende Pulverartikel dort in gewisser Maße die oberflächlichen Rauschkeiten bestimmen.
Es gibt natürlich Trends, auch dort immer zu feineren Spotgrößen, Laserspottdurchmessern zu gelangen, indem man spezielle Laser einsetzt.
War aber bei dem grünen System jetzt hier bei uns nicht unbedingt der Fokus, sondern tatsächlich eine erhöhte Absorption.
Man kann sich das ja wie folgt vorstellen, diese Absorptionsgrade, die man so aus Literatoren nehmen kann, das ist ja häufig angegeben für ideale Oberflächen,
oben die blanke Oberfläche, die pankerpolierte Oberfläche. Und jetzt ist es so, dass man ja hier in ein Pulverbett einkoppelt.
Das heißt, es kommt von oben ein Laser, der strahlt in so ein mehrlagisches, sagen, Pulverbett ein.
Und da gibt es natürlich mehrfach Reflektion. Das heißt also, dieser Laserstrahl spielt gewissermaßen dort drin Ping-Pong von Pulverpartikel zu Pulverpartikel,
bis dann entsprechend gewisse Rückstrahlung, Reflexion, Streustrahlung dem Prozess verloren geht.
Aber wenn man das mal vergleicht gegenüber einem Infrared Laser System, ist es eben bei einem grünen Laser schon deutlich höher,
als es eben bei einem 1064 Welling Bereich der Fall ist. Das heißt hier überhaupt nicht mehr bei uns das Ziel, eine hohe Absorption zu ermöglichen.
Ja, das ist schon, ich weiß schon, das ist vordergründig das Ziel. Aber es hätte mich einfach mal interessiert, ob sich das in der,
ob das ein Argument ist, einfach was die Strahlqualität angeht.
Mit was für Werkstoffen arbeitet ihr sonst so oder habt ihr sonst sogar gearbeitet?
Also Kupfer ist natürlich eine Werkstoffgruppe und zwar rein Kupfer. Es gibt natürlich im Bereich Kupfer eine ganze Reihe von anderen Legierungen,
die wir zur Anwendung bringen. Aber ganz großes Thema im Bereich Pulverbettverfahren sind die ganzen Titanen-Legierungen.
Das sind auch Eisenbasis-Legierungen, als kleines Beispiel 316L oder eben halt Nickelbasis-Legierungen.
Das sind beispielsweise Inconelle, Inconelle 718 als Beispiel. Man muss den Werkstoff gut aufschmelzen können.
Er muss entsprechend für diese Anwendung geeignet sein. Und ich hatte ja schon gesagt, dass wir Anwendungen,
beispielsweise Turbinschaufeln, Werkzeuge, Anwendungen der Luft- und Raumfahrt haben.
Dort spielen natürlich auch Titanen-Legierungen eine große Rolle. Das heißt teilweise werden diese Legierungen ja entsprechend so angepasst,
dass sie auch eine gute Bierkompatibilität aufweisen. Es gibt also eine ganze Reihe, eine ganz große Bandbreite.
Und was man auf jeden Fall auch erwähnen sollte, das ist das Thema Aluminium. Also Aluminium-Legierungen sind ein Schwerpunkt.
Und hier würde ich vielleicht einen Werkstoff mal hervorbringen, der vielleicht nicht ganz so typisch ist.
So ein Aluminium-Selizium-40. Den hatten wir letztens eingesetzt für ein Weltraumprojekt,
wo es um die Fertigung von Spiegelsystemen geht. Das heißt, man hat üblich dabei solche optischen Komponenten
in irgendwelchen Stadilliten, irgendwelchen Weltraum-Applikationen, wo man dort eine gewisse Beschichtung draufbringt,
die mit einer Dünnschicht aufgebracht wird, mit einem Dünnschichtverfahren. Und diese Systeme, also diese Beschichtung,
die müssen den gleichen Ausdehnungs-Keffizienten aufweisen, wie das Bauteil an sich, wie die Trägerstruktur.
Und daraus resultierend ist natürlich ganz wichtig, dass man den Ausdehnungs-Keffizienten der Regierung
im SLM-Verfahren oder LPPF-Verfahren so anpasst, dass eben auch wirklich mit der Dünnschicht,
diesem optischen Coating sozusagen auf dem Spiegelträger, auf dem Spiegel halt auch übereinstimmt ist.
Und deswegen sind wir auf den Aluminium-Selizium-40 gekommen. Jetzt ist das Problem der Werkstoff,
dass der im normalen Prozessparameter-Bereichen, der reißt, der weist eine ganze Reihe von Fehlstellen auf.
Wir haben ungünstige Porenverteilungen. Und das sind Dinge, die muss man eben halt durch eine geeignete
Prozessparameter-Anpassung so geschickt wählen, dass man eben keine Schweißfehler mehr am Ende hat.
Das war ein ganz interessantes Projekt, aber das vielleicht mal so ganz grober Ausblick über die Materialvielfalt.
Mittlerweile macht man schon ganz abstruse Dinge. Man verwendet sogar schon Hartmetalle oder bestimmte
sozusagen Multimaterialansätze, wo man irgendwelche Kavitäten mit einem Fremdwerkstoff füllt.
Dort stellt sich natürlich immer die Frage, wie kriegt man den Werkstoff dann wiederverwendet?
Wir nutzen ja nur gewissermaßen einen Teil in der Baukammer für diesen Schmelzprozess aus,
sieben gewissermaßen nach dem Schmelzen dann das restliche Pulver und führen das dann im neuen Prozess zu.
Da gab es auch einige Untersuchungen von unterschiedlichen Unternehmen, die haben mal getestet,
wie verändert sich der Pulverwerkstoff im Laufe der Zeit.
Und da ist es so, dass gerade im EBM die Pulverwerkstoffe relativ homogen ausfallen nach dem ersten,
zweiten, dritten, vierten Durchlauf. Das heißt, es gibt keine Verrückerung der Qualität.
Auf der anderen Seite ist es so, dass wir bei SLM natürlich in einer gewissen Stickstoff- oder Argonatmosphäre arbeiten
und natürlich durch Oxidation, bestimmte energetische Effekte,
eine gewisse Aufschmelzung von Randpartikeln schon eine gewisse Verunreinigung im Pulver erhalten.
Das heißt, gegebenenfalls muss man dieses Pulver auch mal sieben.
Man muss das Pulver entsprechend dem neuen Prozess mit der Mischung eines neuen Pulvers so zuführen,
dass es also auch wieder adäquat für den nächsten Prozess eingesetzt werden kann.
Bevor wir den verwendeten Werkstoff wieder rausbekommen, hätte ich noch eine viel trivialere Frage.
Wie kriegen wir den anderen Werkstoff denn überhaupt rein?
Denn den kann man ja nicht einfach da mit einer Schaufel irgendwie hintransportieren,
speziell wenn es in der Schutzhersen-Abbasphäre stattfindet.
Also es ist so, dass wir in der Regel einen kleinen Roller, einen Abstreifer oder irgendeine Einrichtung haben,
wo wir eine gewisse Pulvermenge, die wir bereitstellen, auf das Pulverbett aufstreifen.
Dann kommt ein Laserstrahl an, hatten ja schon einige Quellen hier kurz genannt.
Diese Quelle schmelzt lokal im Bereich um und dann senkt sich wie gesagt die ganze Plattform um,
beispielsweise im zweistelligen Mykometerbereich nach unten.
Das definiert auch gewissermaßen den sogenannten Treppenstufeneffekt zwischen den Lagen,
beziehungsweise die Qualität der Oberfläche und des Bauteils.
Und jetzt kann man sagen, okay, wir haben so einen modellistischen Aufbau,
einen Werkstoff, der immer wieder über diese Pulvereinrichtung sozusagen dort zugeführt wird.
Wenn man jetzt mal in Richtung Multimaterial geht, dann ist alles noch händisch.
Das heißt, dort müssen wir wirklich Kammer auf, zweites Material einbringen, Kammer zu, abpumpen,
die neue Inertiegasversorgung sicherstellen, bevor wir dann eigentlich mit dem neuen Werkstoff weiterarbeiten können.
Das ist also schon noch eine sehr händische Sache.
Hinzu kommt natürlich, dass wir auf diesen ganzen Rest, Sauerstoffgehalt und solche Dinge eingehen müssen
um möglichst auch eine gute Bauteilqualität zu ermöglichen.
Also doch mit der Schaufel hätte ich mir auch so gedacht, ja.
Schaufeln, ja, richtig.
Ich wollte nochmal, wo wir gerade so schön über die Auflösung reden, auf einen anderen Aspekt hinaus.
Und das ist quasi die ganze digitale Kette, die man da hat.
Also wenn ich mir vorstelle, wir haben einen Komplexbauteil, wollen das fertigen in der Produktion,
dann müssen wir das ja vorbereiten, dass wir es zu einem Baujob umformen.
Das heißt, das Ganze slices und die Trajektorien bestimmen, etc.
Das ist ja ein relativ großes Feld und das kennt, glaube ich, jeder auch von Kunststoff-3D-Drucker zu Hause.
Die Frage ist, es gibt ja auch Hinterschneidungen und spezielle Geometrien, die man nicht fertigen kann.
Und dann ist ja eine Option, dass man das einfach entkomplifiziert, dass man die 3D-Geometrie nimmt
und sie versucht, ein bisschen gröber zu gestalten, also dass schon die Zielgeometrie nicht der finalen Geometrie entspricht.
Die man fertigt. Also beim RAM zum Beispiel, also das andere Ende der Kette,
wo man sehr viel Kilogramm pro Stunde macht, aber halt sehr grob ist mit dem, was man fertigt.
Also das Wired Arc-Editive Manufacturing, wo wir mit einem Draht-Schweiß-Prozess,
einem konventionellen Roboter geführt, 3D-Teile herstellen.
Da nimmt man erstmal alle Bohrungen raus und solche Geschichten.
Und die bohrt man dann später nach dem zerspanungstechnischen Finish.
Aber da muss man dann viel abtragen und die Endkonturnähe ist natürlich nah.
Aber macht ihr sowas auch, dass ihr dieses Entkomplifizieren macht und dann später wieder einbringt,
wenn ihr euch die ganze Prozesskette betrachtet? Und wenn ja, wie macht man das?
Nach welcher Logik? Also wie funktioniert das?
Ja, also das ist eine Frage, da kann man Stunden drüber philosophieren.
Das heißt, vielleicht zunächst erstmal, wenn wir uns ein finales Bauteil anschauen,
dann sind die ja wie gesagt nach dem Prozess des Laser Powder Bad Fusion, des LPBF,
noch nicht komplett fertig. Das heißt, in der Regel brauchen wir noch eine Nachbearbeitung.
Wir müssen also erstmal sicherstellen, dass das Material einen gewissen Offset hat,
um das, was eben über mechanische Nachbearbeitung, über chemische Nachbearbeitung zu fahren,
physikalisch, thermisch, weggenommen wird an Material,
dass also die gesamte Baukörper, das Bauteil noch komplett enthalten ist in der Hülle quasi.
Jetzt kommt hinzu, dass wie gesagt ein Materialabtrag stattfindet, gegebenenfalls.
Hinzu kommt allerdings auch noch, dass wir in Abhängigkeit der Positionierung im Bauraum
unterschiedliche Verzüge erreichen. Das heißt, ich stelle mir mal so ein Bracket vor,
irgendein Bracket aus der luften Raumfahrt, das baue ich dort in meine Pulverkammer ein,
das ist mir eher länglich und es ist eben ein Unterschied, dass ich das hochkant oder quer einbaue.
Daher, wenn abhängig, kann ich gewisse Stützstrukturen mit in das Bracket einbringen,
die ich auch wieder entfernen muss. Und daraus resultieren auch unterschiedliche Verzüge.
Also nochmal die Positionierung ist schon ein Problem. Und dann nochmal kurz zu dieser Genauigkeit.
Ich gehe ja in der Regel von so einem STL-Format aus, also praktisch ein Format,
das im Grunde genommen aus der Sterolithographie kommt. Das ist also eine Zirkliderung der Oberfläche
in kleine Dreiecke und also eine gewisse Abproklimation der ganz exakten Geometrie.
Und da muss ich natürlich so genau durchgehen, diese Geometrie verankern,
dass er auch mein Bauteil gut repräsentiert. Und gerade wenn es eben um solche internen
Kavitäten geht, bestimmte entkonturnahe Kühlung oder irgendwelche internen Kühlkernelen,
bestimmte Hinterschneidungen, Kavitäten, da muss ich, wie gesagt, ich muss das Pulver rausbekommen.
Ich muss dort entsprechend diese Stützstrukturen gegebenenfalls bei bestimmten Überhängen
entfernen können. Ich muss auf diese Verzüge eingehen können, die im Prozess entstehen.
Der Werkstoff hat also auch unterschiedliche, natürliche Verhalten, Schmelze während des Prozesses.
Auf diese Punkte muss ich eingehen und darauf muss ich natürlich meine Geometrie entsprechend abstimmen.
Also das heißt, wenn man jetzt als Beispiel mal eine Turbologieoptimierung durchführt,
ich habe also ein Bauteil, was turbologisch optimiert ist, und dann ist das noch nie direkt ein Printmodell,
was ich direkt in die Anlage schicken kann, sondern ich muss gegebenenfalls erstmal noch bestimmte
verfahrensabhängige Anpassungen des Designs vornehmen, um das überhaupt erst bedrogen zu können.
Ja, ich kann mir vorstellen, dass das ziemlich komplex ist. Und wenn man dann ans Postprocessing denkt,
also was passiert danach, wenn das Bauteil fertig ist, danach muss das Bauteil ja spanend bearbeitet werden.
Das heißt, man braucht Referenzflächen, Bezugsflächen. Und du hast ja angesprochen Verzug auf der einen Seite,
und dann haben wir ja auch im Prinzip, wir brauchen ja irgendeine plane Oberfläche,
wo wir das Teil nachher einspannen in den Bezugsflächen. Oder schweißt man direkt auf Spannvorrichtungen drauf.
Also was ist da der beste Weg? Ich meine jetzt auch mit Hinblick auf die Industrie und die Praxis,
die man abzeichnet, um sowas mal in wirklich eine Massenfertigung zu integrieren. Was setzt sich durch am Markt?
Also es ist natürlich so, dass wir bei dieser Technologie auch thermisch-indizierte Spannung
ins Bauteil einbringen. Das heißt, ich bringe mit dem Laserstrahl, Elektronenstrahl gewisse Temperaturgradienten
in den Pulverbett ein. Und das kann sein, dass gewissermaßen meine Stützstrukturen das Bauteil noch in Form halten.
Und sobald ich das dann entsprechend vom Bauteil von der Bauplatte entferne, kommt der Verzug noch hinzu.
Was man also beispielsweise machen kann, ist, dass man diese Endbearbeitung auf der Bauplatte machen kann.
Das heißt, ich kann das komplette Bauteil aus der Pulverbettkammer entnehmen, kann dann im zweiten Schritt
das Ganze als Beispiel jetzt mal spannungsarm klühen. Und dann kann ich erst direkt noch mit Bauplatte,
da habe ich entsprechend auch Referenzpunkte, die Endbearbeitung vornehmen, bevor ich das endlich dann
im nächsten Schritt hier diese komplette Entfernung des Bauteils im fertigen Zustand durchführe.
Es gibt also verschiedene Wege. Wenn es gerade um Nachbearbeitung geht, da gibt es auch natürlich
bauteilabhängige Verfahrenslösungen. Das heißt, man kann die Bauteile bei vielen kleinen Bauteilen,
ich sage jetzt einfach mal, irgendwelche Dentalkomponenten, kleine Implantate oder solche Abutments oder was auch immer,
die kann man jetzt in eine große Trommel, in eine Gleitschleifanlage packen und dort werden die die ganze Zeit entsprechend
endbearbeitet. Oder man kann die eben definiert fräsen oder durch eine entsprechende mechanische Bearbeitung
beaufschlagen. Es gibt natürlich auch die Möglichkeit, dass man das Ganze elektrochemisch durchführt.
Da gibt es auch mittlerweile Hersteller, die sich speziell auf Verfahrensrouten spezialisiert haben,
wie man von einer Grobbearbeitung bis hin wirklich zu dem finalen Schritt kommt, dass man eine sehr gute
Oberflächenqualität sich einstellen kann. Oder ich kann beispielsweise auch eine thermische Verfahren einsetzen,
also meinetwegen so ein Laser Remelting, dass ich sage, ok, bestimmte kleine Partikel, die anhaften, die werden eben
noch mal über den Energieeintrag eingeschmolzen, angeschmolzen und vielleicht auch zuletzt auch nochmal
dieses ganze physikalische Verfahren, dass ich sage, ok, ich habe dort nochmal irgendwo eine Verbesserung der
Oberflächenbeschaffenheit durch meinetwegen irgendwie einbringe in der kinetischen elektrischen Energie oder
solchen Dingen. Also da gibt es wie gesagt eine ganze Reihe von Möglichkeiten, um das in die finalen Dimensionen zu treiben.
Die perfekte Route für die Industrie ist tatsächlich extrem anwendungsgetrieben. Ob ich das Bauteil entnehme,
ob ich es mit der Bauplatte endbearbeite und da gibt es bedingt durch diese Vielfalt in den Verfahren auch
nicht wirklich den einzigen Weg, den man da gehen kann. Das ist glaube ich was, was vielen Leuten, die mit
insgesamt generativer Fertigung und überhaupt Fertigung wenig zu tun haben, nicht so richtig bewusst ist.
Also wenn wir jetzt mal ganz despektiv sagen, das sind alles 3D Drucker irgendwie so, dann ist das, was man damit macht
ja meistens eher die Herstellung eines Buches. Also es ist jetzt nicht so, dass man da das Ding ausdruckt und dann ist das fertig,
sondern man muss irgendwie vorher schon noch den Text da irgendwie reingeschrieben haben, der da rein soll.
Ich sage jetzt mal, dass das Prä-Processing, der muss dann irgendwie gesetzt werden, dann wird das Teil gedruckt und dann muss das Buch
aber hinterher auch noch gebunden werden und was weiß ich, was mit dem Buch noch alles passiert.
Da sind immer Schritte davor und danach und wir müssen halt immer in Prozessketten denken.
So dass nur noch mal für alle Leute, die mit sowas noch nie zu tun haben und denken, boah, was ist da für ein riesen Bohrheid rum herum.
Ja, aber das ist halt immer da bei jedem Fertigungsverfahren, auch bei dem hier.
Also vielleicht noch mal auf diesen Aspekt einzugehen. Es hört sich immer so schön an, alles ist druckbar.
Also wir können natürlich unglaublich viele komplexe Geometrien drucken.
Wir haben die Möglichkeit, sehr individualisiert Bauteile aufzubauen.
Wir können auch eine Funktionsintegration vornehmen, das heißt, wir können verschiedene Bauteile, die aus einzelnen Baugruppen
konventionell gefertigt wurden, in direkt einem komplexen Bauteil aufbauen.
Wir können wie gesagt auch schwer schweißbare Werkstoffe mit einer sehr hohen Dichte von über 99 Prozent aufbauen.
Dennoch gibt es natürlich geometrische Einschränkungen, das also einmal, wie gesagt,
dass man ein bisschen Zugänglichkeiten nicht hat.
Auf der anderen Seite hat man bei diesen auch gerade ambitionierten Werkstoffen natürlich auch immer dieses Thema nach gewissen Anisotropie.
Das heißt, unser Bauteil hat eben halt in die Z-Richtung des Aufbaus andere Eigenschaften, gewissen Maße als in X- und Y-Richtung.
Das heißt also, es ist also schon ein Unterschied, ob ich ein Bauteil liegend oder stehend aufbaue.
Darüber hinaus kann man sich auch vorstellen, man hat dieses Pulverbett, das heißt einzelne kleine Partikel,
die da irgendwo nebeneinander über diesen Raakel platziert werden.
Die haben natürlich eine ganz andere Wärmeleitung als ein monolithischer, durchgängiger Werkstoff.
Das heißt, gerade eben mit diesen Stützstrukturen, mit bestimmten Verbindungen zur Substratplatte,
kann ich eben auch meine Wärmeleitung entsprechend steuern, dass ich also dort möglichst gute Wärmeabfuhr habe und keine Überhitzung.
Ich muss gewissermaßen auch sicherstellen, dass ich dieses Bauteil überhaupt lösen kann von der Plattform.
Auch das wird heutzutage noch relativ händig gemacht.
Da kommen viele mit Hammer und Meißel und hämmern da eben eine ganze Zeit herum.
Wir haben versucht zum Beispiel mal vor ein paar Jahren eine Christbaumkugel, eine Filikrane Christbaumkugel aufzubauen,
dass uns erst mal gelungen ist. Aber das Ablösen dann selber, das war schon echt eine Herausforderung.
Die sah dann eher aus wie ein Ei für Ostern.
Das kennen glaube ich auch alle, die zu Hause einen 3D-Drucker haben, das Problem.
Erst will es nicht kleben und dann klebt es wie Sau.
Richtig, da ist auch eine andere Möglichkeit, das über Drahterodieren zu realisieren.
Aber man will ja nun die Christbaumkugel gleich mit dem Drahterodierverfahren von der Baukammer oder von der Bauplatte entfernen.
Das heißt also, es gibt, wie gesagt, große neue Möglichkeiten, die eben auch für die ganzen industriellen Branchen interessant sind,
aber trotzdem natürlich auch enorme Einschränkungen. Das ist aktuell noch der Fall.
Eine Methode, die Produktionsrate zu erhöhen, also die Economy of Scale, ist ja auch, dass man zwei Scanner mit zwei Lasern einsetzt oder vier Scanner mit vier Lasern. Funktioniert das gut?
Also das ist auf jeden Fall eine Möglichkeit, die Aufbaurate, also sprich das Volumen, was man pro Zeit entsprechend dort umschmelzen kann, zu steigern.
Bis vor wenigen Jahren war es ja so, dass man nur eine einzelne Quelle nehmen konnte.
Dann kam sukzessive diese Mehrstreikquellen hinzu, dass man zumindest bestimmte Gebiete lokal bedienen konnte.
Jetzt ist es so, dass mittlerweile ja recht viele Scanner, im letzten Stand war es bis zu zwölf, Scanner in dem System integriert, wo dann die dann auch komplett autark arbeiten können.
Da geht es also schon ganz gut ab. Und da kommt man auch schon mittlerweile in Leserleistungsbereiche im zweistelligen Kilowattbereich,
wo man also vor ein paar Jahren noch mit wenigen hundert Watt gearbeitet hat.
Reden wir jetzt über Kilowatt. Aber nicht pro Scanner, sondern in Summe.
In Summe, genau. Aber trotzdem ist es natürlich erstaunlich. Und damit kann man natürlich die Bauraten stark erhöhen.
Auf der anderen Seite sind das natürlich dann verdammt komplexe Systeme und damit steigen natürlich auch Kosten.
Und gerade wenn es dann um, ich sag mal, kleine und mittelständische Unternehmen geht oder um Komponenten, die gerade so am positiven Business Case langschrammen,
da spielt dann auch gerade die Rolle der Kosten eine ganz gewaltige.
Das heißt, dass man dort möglichst die Kosten so im Griff hat, dass Preis-Leistung noch einzuhalten ist.
Also wie gesagt, der Trend geht zu diesem Mehrstreisystem.
Das birgt natürlich auch einen gewissen Mehraufwand mit sich.
Ja, ich weiß, dass sich ja auch verschiedene Firmen um dieses ganze Hedge-Vektor generieren und so drehen.
Also wie macht man die Bahnplanung etc.? Wenn man jetzt mehrere Scanner hat, dann ist man ja an den Hersteller auch noch mehr gebunden, oder?
Also das ist ja schnitzstellend technisch, glaube ich, auch schwieriger. Also es ist nicht so offen, meine ich damit, oder?
Ja, es ist natürlich auch eine Frage des Prozesses selber, also den Bauteil abhängig.
Im Grunde genommen ist es ja so, dass man – es ist halt der Unterschied, ob man irgendwelche Übergänge bei einem großen Bauteil hat oder ob man kleine Bauteile lokal damit sozusagen bearbeiten kann,
die eben vielleicht voneinander ein gewisser Maße unabhängig sind. Davon hängt natürlich auch die Wärmeableitung in das Poor-Bett zusammen.
Das heißt, da gibt es natürlich unterschiedliche Fragestellungen, gerade wenn es nochmal in Richtung der Prozessparameter geht.
Da ist es so, dass wir ja neben der reinen Laserleistung eine ganze Reihe andere Dinge haben, auf die wir Wert legen müssen.
Reden wir hier über eine Betriebsart im imposierten Modus, im kontinuierlichen Laserbetrieb. Wie sieht unser Fokus aus?
Das heißt, wenn man jetzt ganz viele einzelne Laserquellen sich vorstellt, dann muss natürlich auch dort die Fokuslage stimmen.
Das wird gegebenenfalls sogar besser, weil man eben halt nicht mehr ganz so große Bauteilbereiche im Poor-Bett abdecken muss.
Aber eben auch hier kann man sich vielleicht auch vorstellen, mit Strahl-Durchmessern zu spielen.
Das heißt, wir haben entwegen kleine Kontorlaser perspektivisch, die eben halt in den Kontor fahren und eben größere Strahl-Durchmesser, die genutzt werden, um bestimmte Bereiche aufzufüllen.
Also hier kann man sich gewissermaßen eine ganze Reihe von Spielzeugen auf dem Spielplatz vorstellen.
Und hinzu kommen natürlich auch Parameter wie eben Hatchabstand, also der Spurabstand, verschiedene Scan-Strategien.
Also ich kann lokal natürlich auch im Zickzack fahren, ich kann das unidirektional abfahren.
Also es gibt verschiedene Möglichkeiten der Wärmeeinbringung.
Und diese ganzen Faktoren, die haben natürlich auch einen Einfluss auf meine Bauqualität.
Und das ist natürlich umso komplexer, umso mehr Leser ich im Einsatz habe.
Das heißt, natürlich geben entsprechende Leserhersteller dort bestimmte Randbedingungen vor, die man entsprechend einhalten muss.
Ich habe gerade noch gedacht, bei diesen, wo du sagtest, die Eigenschaften sind in Z anders als lateral.
Also natürlich, weil man ja auch eine andere Auflösung hat durch das Rapsetzen.
Aber da kann man auch denken, the Buck is the Feature.
Also ich meine, es gibt ja auch direktional erstarrte Turbinenschaufeln.
Also es gibt Single-Kristall und Poly-Kristall, aber es gibt ja auch Direktionalerstarrte.
Man kann das ja, sagen wir mal so, man kann das ja belastungskollektiv-orientiert positionieren, rotatorisch in dem Pulverkörper.
Aber die Frage ist, wie nah ist man denn jetzt eigentlich an den Eigenschaften?
Ich weiß, diese Frage löst jetzt viel aus, aber wie nah ist man denn an den Eigenschaften konventionell hergestellter Materialien?
Also die Porosität geht ja sehr weit runter. Also man ist, glaube ich, bei 99 Prozent Dichte oder ähnlichem.
Oder wie hoch ist die Dichte? Und wie nah ist man an den tatsächlichen Eigenschaften?
Und wie groß ist diese Anisotropie bei zum Beispiel 316L?
Das bin ich nochmal den Avatar der Ahnungslosen spielen. Anisotropie ist die Richtungsabhängigkeit von Eigenschaften.
Kann man das so abkürzen?
Das ist richtig. Also wir haben quasi in die Richtung des absenkenden Pulverbettes eine andere mechanische Festigkeit als eben quer dazu.
Gut und Knut hat gerade noch erwähnt, das ist ein salzwasserfester, korrosionsresistenter Stahl.
Ja.
Gut, dann habe ich da meine Chronistenpflicht auch erfüllt.
Also es ist so, dass die Anisotropie natürlich ein Bug und ein Feature sein kann, wobei man aktuell sagen muss, meistens ist es doch eher ein Bug.
Weil gerade eben Egusverfahren als Beispiel eben deutlich geringere Anisotropie aufweisen als eben dieses Verfahren des Seas of Power, the Bed, Fusions.
Man kann das natürlich entsprechend zunutze machen, dass man eben durch eine gewisse Kammervorwärmung auch möglichst einen einkristallierten Aufbau realisieren kann.
Das gibt es auch aus der Ansätze, da haben auch wir schon bereits mal mit gespielt. Aber es ist schon extrem schwierig.
Andersrum kann man auch sagen, dass man natürlich mit dieser Anisotropie ein bisschen spielen kann. Wie gesagt, man hat typischerweise 10, 15, 20 Prozent unterschiedliche mechanische Kennwerte in liegender als auch stehender Aufbaurichtung.
Und so wird meistens sichergestellt, dass man eben den schlechtesten Eigenschaftswert für alles mindestens garantieren muss.
Weil das sind ja auch Dinge, wo wir uns dran orientieren müssen, die bereits zum Beispiel in der Luftfahrt etabliert sind.
Das heißt, wir können ja nicht die gesamte Spezifizierung, die Spezifikation der Luftfahrt komplett umgestalten, sondern wir müssen uns auch an diesen Dingen orientieren.
Und dort kommen halt häufig solche Effekte nicht vor. Was die Porosität anbelangt, ist es häufig so, dass wir, also wir sind deutlich über 99 Prozent in den meisten Fällen.
Wir hatten jetzt Reinkupfer umgeschmolzen, verarbeitet.
Da hatten wir eine Restporosität bei mehreren Messungen von 0,013 bis 0,017. Das ist also schon wirklich sehr, sehr dicht. Und mit diesen quasi defekt freien aufbauenden geringen Porositäten,
da ist man irgendwo schon in der Regel deutlich besser als die Gussverfahren irgendwo in Richtung der Schmiedeverfahren.
Also man hat schon eine relativ gute mechanische Festigkeit, gute mechanische Kennwerte, das reicht.
Wir hatten zum Beispiel auch einmal den Fall, dass man teilweise schon dort auch runter musste, dass man also quasi die feinen Kristallinen sozusagen Strukturen
nochmal entsprechend so glühen musste, dass er eben halt auch gröber werden, weil natürlich auch Griechfestigkeit auch gewissermaßen mit den mechanischen Festigkeiten einhergeht.
Vielleicht nochmal zu dem Kupfer. Kupfer ist ja spannend, weil es ja oft, also ich war mal in Schottland und dann habe ich eine Destillerie besichtigt
und da habe ich gelernt, dass der Engpass, der Prozesskette beim Whiskybrennen die Blase ist, die Kupferblase, wo das Deszillat abgeschieden wird.
Und diese Kupferblase, die fault wohl manchmal durch und dann muss man in eine lokale Schmiede gehen und da neue Kupfersegmente einlöten, denn Kupfer kann man nicht schweißen, haben die gesagt.
Hat die Whisky-Dessillerie gesagt. Das ist natürlich eine riesen Herausforderung, hohe Wärmeleitfähigkeit, dann auch noch mit dem Laser, die Reflektion ist riesengroß, aber trotzdem ist das ein Hype-Thema im Moment, Kupfer schweißen.
Es ist E-Mobility sicherlich, aber was ist es denn noch? Sind es Induktoren mit Kühlkörpern oder was sind die Anwendungen für diesen großen Hype, Kupferbauteile aus dem Pulverbett herzustellen?
Ja, also Clu, du hattest ja schon einige Anwendungen jetzt schon genannt, also es sind tatsächlich Komponenten in Richtung Elektronik, Leistungselektronik, das sind Komponenten in Richtung, die auch Richtung elektrische und thermische Leitfähigkeit gehen, also auch Richtung Anbindung an Wärmetauscher.
Wir haben auch teilweise eben feine Filikrane, auch individuell angepasste Induktorspulen, die können teilweise natürlich noch wassergekühlt ausgeführt werden, aber auch teilweise komplett dicht sein.
Das sind hochreflektive optische Komponenten, beispielsweise Spiegelkomponenten für die Laserbewerbung. Es gibt also eine ganze Reihe von Anwendungen, die überwiegend in die Anwendung gehen, wo man eben auch den Reingub vorhanden verwendet, aber eben halt mit der Möglichkeit, individualisiert und sehr anwendungsgerecht das Design zu gestalten.
Vergleichen wir doch nochmal die Verfahren Laserstrahl, also selektives Laserstrahl schmelzen und das Elektronenstrahl schmelzen. Wir haben zwar hier ein Laserpodcast, aber wir gucken mal über den Tellerrand und erlauben uns mal über Elektronenstrahlen zu sprechen.
Was ist denn da so der Unterschied? Ich weiß, dass man beides gerne einsetzt, vom Elektronenstrahl will man gerne weg, man braucht ein Vakuum, das ist immer irgendwie blöd, aber was gibt es denn für Vor- und Nachteile? Wie würdest du die beiden gegeneinander bewerten?
Ja, also das Laser Powdered Bit Fusion LPBF, also auch das EBM, also Elektronbeam Melting, Elektronenstrahl schmelzen, wofür es übrigens auch tausend Begriffe gibt, also beim LPBF, es kann man ja auch als selektives Laserstrahl schmelzen, SLM, Laser Foaming, Laser Cusing, direktes Laser, Metallsinteren und so weiter und so fort bezeichnen, gibt es unterschiedliche Vor- und Nachteile.
Das heißt also, der Nachteil des Abpumpens kann durchaus auch ein Vorteil sein, das heißt, wir arbeiten natürlich in einer sehr innerten Umgebung, wir haben also keine Beeinflussung durch eben Korrosion, Oxidation, irgendwelche Effekte, unser Pulver wird dementsprechend nicht so kontaminiert, wie das eben beim Laserprozess der Fall ist, wo ich eben in atmosphärischen Bedingungen arbeite.
Darüber hinaus bietet natürlich über diese, anführungsstrichen Magnetlinsen, abgelenkte Elektronenstrahlquelle ein ganz anderes Vorschubgeschwindigkeit, als der Laserstrahl das ermöglicht, das heißt, hier arbeite ich mit Kilometern pro Sekunde, wie ich diesen Elektronenstrahl über das Pulverbett hinwegführen kann, das heißt also in extreme Geschwindigkeit des Elektronenstrahls und so weiter.
Und so kann ich diesen Elektronenstrahl natürlich auch nutzen, um bestimmte Gebiete vorzuwärmen, nachzuwärmen, also sehr beispielsweise rissanfällige Werkstoffe, gewissermaßen temperatoseitig so abzufedern, dass eben auch keine Rissbildung, thermisch insizierte Spannung und solche Dinge halt eingebracht werden.
Und dann kann man doch auch, Entschuldigung, das ist noch immer ein Grätsche, aber dann kann man doch eigentlich auch so quasi kontinuierliche Temperaturfelder erzeugen. Es könnte ja sein, dass man irgendeinen erdbaren Stahl nimmt, den man nicht anlassen will am Ende einer Geometrie, die man vielleicht erstellt oder sowas.
Also ist das ein Aspekt, dass man quasi kontinuierliche Temperaturfelder erzeugt, anstatt irgendwas abzurastern?
Üblicherweise fährt man natürlich das ganze Pulverbett erstmal auf beispielsweise 1000°C hoch, damit man dann entsprechend mit dem Elektronenstrahl den Schmelzprozess starten kann.
Und man kann natürlich solche angepassten Temperaturfelder gestalten.
Bisher lag das bei uns überwiegend im Fokus für Titan-Aluminide, für hochpreisige Werkstoffe mit sehr hochpreisigen Anwendungen. Das heißt, das steht natürlich dann noch dahinter.
Das muss also ein Prozess abgebildet werden, der irgendwo auch eine gewisse Kosten ermöglicht, der also quasi teure Komponenten hat.
Vielleicht noch im Vergleich dazu. Beim Laser sind wir aktuell im Bereich von einigen Metern pro Sekunde, das heißt so 2, 3, 4, 5 Meter pro Sekunde, was der Laser eben bedingt durch die Scan-Technik über das Bauteil geführt werden kann.
Das heißt, dort ist eben die Wärmeverteilung nicht so ideal möglich wie beim Elektronenstrahl.
Das heißt, auch hier sieht man wieder, dass sowohl Elektronenstrahl als auch Laserstrahl Vor- und Nachteile bieten.
Ein Vorteil des Lasers ist wiederum, dass ich etwas genauer arbeiten kann. Das heißt, die Präzision des Lasers ist genauer im Vergleich zum Elektronenstrahl.
Ich habe also eine gewisse rauhe Oberfläche. Ich bin im Bereich von einigen Zehnteln, was meine Spotgröße anbelangt.
Also ich kann nicht ganz so filikran arbeiten, wie es beim Laser der Fall ist.
Und das ist wieder ein Vorteil vom Elektronenstrahl. Ich habe eben keine Stützstrukturen.
Das heißt, dadurch, dass mein Pulver so angezündet wird, angebacken wird, habe ich eben halt einen gewissen Halt dieser Bauteile.
Und damit also kann ich also auch stützstrukturfrei arbeiten, das Bauteil direkt entnehmen und entsprechend dadurch, wenn ich diesen Pulverkuchen entfernt habe,
das Bauteil der Nachbauarbeitung zu führen. Das ist beim Laser nicht ganz so einfach.
Pulverkuchen, sagt man das so, den Begriff kannte ich gar nicht. Den finde ich gut.
Wir sagen es zumindest intern.
Frank, wo geht denn die Reise hin? Was werden wir in Zukunft noch erleben?
Aktuell bedienen wir natürlich überwiegend Bauteile aus einem Werkstoff, das heißt, die doch recht komplex ausgeführt werden können.
Aber zukünftig wollen wir natürlich auch zunehmend noch diese Multimaterialbauweise realisieren.
Aktuell gibt es natürlich auch schon Anlagen, die sowohl die Nachbearbeitung als auch den eigentlichen AM-Prozess miteinander kombinieren.
Das heißt also, die Fräsevorgang direkt in die SLM-Anlage integrieren.
Da fragt man sich, dann ist doch mein Pulver verloren. Das heißt, dann sind doch alles die ganzen Späne in einem Pulverbett drin.
Aber das ist offensichtlich händelbar. Dadurch, dass die Späne extrem klein sind, kann man dann auch entsprechend das Pulver wiederverwenden.
Ein anderer Trend ist auch, dass man eben diese Funktionsintegration forciert.
Ich sage mal, Stichwort Biologisierung der Technik, dass man sagt, okay, ich nehme mir irgendwelche Strukturen aus der Natur
und bringe Designs ein, die möglichst den Natur nachempfunden sind. So ein Bionic Design, das ist auch noch ein Thema.
Und auch gerade immer mehr in Richtung riskkritischer Hochleistungswerkstoffe, die eben auf konventionellen Wegen nicht so verarbeitbar sind.
Das ist noch eine andere Richtung, die hier von großer Bedeutung ist.
Okay.
Vielleicht noch ein Punkt, der natürlich auch immer wieder kritisch gesehen wird, sind die Kosten.
Es gibt Studien, dass gerade in der Automobilindustrie diese Technologien logisch erst dann eingesetzt werden können,
wenn sie eher um einen Zehnerpotenz preiswerter werden.
Und hier gibt es natürlich neben dem Ansatz, dass man Werkstoffe preiswerter macht, auch den Ansatz, dass man natürlich die Anlagen wesentlich in der Baureihe steigert,
dass man die Anlagenpreise reduziert. Das steht gewissermaßen natürlich ein bisschen in Konflikt zueinander,
dass man die Anlage mit mehr Lasern bepackt und hochleistungsfähiger gestaltet.
Aber auf der anderen Seite soll es noch preiswerter sein.
Aber man merkt das zumindest auch mit den Strahlquellen, die immer preiswerter werden.
Jetzt habe ich vor kurzem ja Preise für einen Kilowatt-Laser gehört im vierstelligen Bereich, wo man sich fragt,
okay, dann drehe ich damit eben schon in Bereiche vor, die eben konventionell gesehen, wo es dann trotzdem auch konkurrenzfähig wird.
Ja, spannend. Wir werden das Thema beobachten. Ich glaube, das wird man mitkriegen, wenn sich da was tut.
Eine letzte Frage vielleicht noch. Hochleistungswerkstoffe, welche Anwendungen?
Weiter um Hochtemperatur, Korrosionen, also Triebwerk, Raketen? Also, hast du da was Konkretes im Kopf?
Ja, also das können beispielsweise Kompressoren sein, irgendwelche, ja selbst im Turboladerbau.
Natürlich sind es die ganze Luft- und Energietechnik, Luftfahrt-Energie-Technik.
Das heißt hier Schaufeln, Brennkammerkomponenten, alles das, was im Heißgasbereich eingesetzt wird.
Da gibt es eine ganze Reihe von Anwendungsaspekten, die hier zu tragen kommen können.
Wir sind natürlich immer noch aktuell getrieben von den Kosten. Das heißt, wir müssen aktuell immer noch Anwendungen bedienen,
die halt doch schon sehr preisintensiv ausfallen. Aber dort gehen eben auch diese hochtemperaturbeständigen Werkstoffe rein.
Ich glaube, wir könnten noch Stunden weiter reden.
Also wir wollen deine Zeit auch nicht so sehr überstrapazieren, Frank. Ich danke dir vielmals, dass du dir die Zeit genommen hast.
Ja, vielen Dank.
Ja, lieber Knut, lieber Sven, also vielen Dank nochmal für die Einladung hier.
Hat mir eine große Freude bereitet, mit euch zu diskutieren. Und gern wieder mal. Bis dahin, tschüss.
Und tschüss da draußen. Ciao.
[Musik]
Ähm...
Die Sam-Bit rausschneiden.