3D-Laserdruck für Metalle

Manche Metallteile werden heute per 3D-Druck hergestellt, zum Beispiel Leichtbau­komponenten für Flugzeuge oder Sportwagen. Eine der Methoden ist das selektive Laserschmelzen (SLM). Allerdings ist dessen Potenzial noch längst nicht ausgeschöpft.

Es gibt noch einige Fragen zu klären, etwa warum sich bei manchen Legierungen während des 3D-Druckens feinste Poren bilden können, die sich negativ auf die Eigenschaften des Werkstücks auswirken. Mit PETRA IV werden Forschende das Laserschmelzen deutlich detaillierter als bislang unter die Lupe nehmen können. Die Erkenntnisse versprechen eine signifikante Verbesserung der noch jungen Produktionsmethode.

Das Prinzip: Eine Maschine verteilt feines Metallpulver auf einer Platte. Dann fährt ein Laserstrahl über die Pulverschicht und verschmilzt an manchen Stellen die Metallkörnchen miteinander, an anderen nicht. Auf diese Weise bildet sich nach und nach das gewünschte Bauteil. Ein Vorteil der Fertigungsmethode: Mit ihr lassen sich auf einfache Weise innere Hohlräume fertigen, zum Beispiel Kühlkanäle. Aber: „Da die Technik noch recht jung ist, kommen meist Metallpulver zum Einsatz, die nicht unbedingt für diesen Prozess optimiert sind, wodurch die Bauteile zum Beispiel zur Rissbildung neigen können“, erläutert Peter Staron, Materialforscher am Helmholtz-Zentrum Hereon.

Grundlegende Experimente dazu laufen bereits heute an der Hereon-Außenstelle bei DESY. Hier entsteht derzeit eine industrienahe Apparatur, in der ein Laser einfache Werkstücke herstellt. Gleichzeitig durchleuchtet der Röntgenstrahl aus dem PETRA III-Speicherring den Prozess und kann dadurch zum Beispiel mechanische Spannungen im Bauteil sichtbar machen, die die Bildung von Rissen beschleunigen können. PETRA IV wird künftig deutlich detailliertere Untersuchungen ermöglichen.

Bis zu 25 000 Bilder pro Sekunde

„Das Aufschmelzen und anschließende Erstarren läuft sehr schnell ab“, erklärt Staron. „Bislang lässt sich das zeitlich nur bedingt auflösen, aber mit der hohen Intensität mit PETRA IV werden wir diese Prozesse viel genauer verfolgen können.“ In Zahlen: Sind bisher maximal 250 Bilder pro Sekunde möglich, könnten es bei PETRA IV bis zu 25 000 Aufnahme sein – ein deutlicher Fortschritt, der das Einsatzspektrum des selektiven Laserschmelzens in der Industrie langfristig erheblich erweitern könnte.