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3D-Druck Referenzdaten für additiv gefertigte Werkstoffe aus Titan, Nickel und Stahl

Quelle: Pressemitteilung BAM 2 min Lesedauer

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Bundesanstalt für Material- forschung und -prüfung
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MISSION ADDITIVE

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hat erstmals Referenzdaten zu additiv gefertigten Werkstoffen aus Titan, Nickel und einem nichtrostenden Stahl veröffentlicht. Mit ihnen lässt sich die Qualität und Sicherheit von Bauteilen gewährleisten und die Materialentwicklung im 3D-Druck vorantreiben.

Titan, Nickel, Stahl: 3D-gedruckte Bauteile weisen einzigartige Mikrostrukturen auf, die ihre mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften beeinflussen. Referenzdaten geben Aufschluss über ihre Qualität und Leistungsfähigkeit.(Bild: BAM)
Titan, Nickel, Stahl: 3D-gedruckte Bauteile weisen einzigartige Mikrostrukturen auf, die ihre mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften beeinflussen. Referenzdaten geben Aufschluss über ihre Qualität und Leistungsfähigkeit.
(Bild: BAM)

Die additive Fertigung hat in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte in der Produktionsindustrie gemacht. Bauteile können schichtweise erstellt werden, was zu einzigartigen Materialeigenschaften führt.

Insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik ist der Sicherheitsaspekt in Bezug auf die Materialien von hoher Bedeutung, da fehlerhafte Bauteile schwerwiegende Konsequenzen haben können. Die einzigartigen Mikrostrukturen, die durch die additive Fertigung entstehen, beeinflussen mechanische, thermische und chemische Eigenschaften eines Bauteils, wie seine Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit.

„Um potenzielle Risiken zu minimieren und die Qualität der 3D-gedruckten Komponenten sicherzustellen, sind verlässliche Referenzdaten unabdingbar“, sagt Prof. Birgit Skrotzki, Werkstoffwissenschaftlerin an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). „Unsere Referenzdaten zu den elastischen Eigenschaften von additiv gefertigten Metallen stellen einen wichtigen Beitrag dar, der nicht nur die Qualität und Sicherheit dieser Bauteile gewährleistet, sondern auch Innovationen in der Materialentwicklung ermöglicht.“

Metalllegierungen mittels Dynamischer-Resonanz-Methode charakterisieren

Das Team um die Wissenschaftlerinnen Dr. Birgit Rehmer und Prof. Birgit Skrotzki der Abteilung Werkstofftechnik und des Kompetenzzentrums Additive Fertigung der BAM hat drei Metalllegierungen mittels der Dynamischen-Resonanz-Methode (DRM) charakterisiert. Dabei wurde das Material mit einem periodischen mechanischen Impuls angeregt und die resultierenden Resonanzfrequenzen gemessen. Herausgefunden haben sie dabei beispielsweise, dass 3D-gedruckte Bauteile je nach Baurichtung und je nach Entnahmerichtung der Proben deutliche Unterschiede in den elastischen Eigenschaften aufweisen.

Die Richtungsabhängigkeit, die bei allen untersuchten Temperaturen auftritt, hat Auswirkung auf die Verwendung in spezifischen Anwendungen, wie etwa Turbinenschaufeln. Dies muss bei der Gestaltung von Komponenten berücksichtigt werden, bei denen die Belastungsrichtung eine Rolle spielt. Die Parameter des additiven Fertigungsprozesses beeinflussen die Eigenschaften ebenfalls. Eine geringere Pulverschichtdicke resultiert z. B. für den nichtrostenden Stahl in höheren Werten der elastischen Kennwerte.

Die umfangreichen Datensätze enthalten Informationen zu den Herstellungsverfahren und Parametern, Wärmebehandlungen, Korngröße, Probendimensionen und -gewicht zusammen mit ihren Messunsicherheiten. Sie können von Konstrukteuren, Prüflaboren und Forschern genutzt werden, um die Leistung von additiv gefertigten Materialien zu bewerten, Qualitätsprüfungen durchzuführen und Simulationen zu verbessern. Die Referenzdaten stehen über die Open-Data-Plattform Zenodo zur Verfügung.

Dieser Artikel ist zuerst erschienen auf unserem Partnerportal www.elektronikpraxis.de.

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