DIELEKTRO | Multimaterialverarbeitung von drei Werkstoffen

3-D-Multimaterialbauteile im Laser-Strahlschmelzen

Metallbasierte additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Herstellung von geometrisch komplexen Bauteilen. Dies ist maßgeblich auf den aufbauenden Charakter dieser Technologien zurückzuführen. Grundlage für eine der am weitesten verbreiteten Technologien – das Laser-Strahlschmelzen (engl. Laser-based Powder Bed Fusion, kurz: LPBF) – sind Pulverwerkstoffe, welche im Fertigungsprozess mittels eines Laserstrahls selektiv aufgeschmolzen und somit verfestigt werden. In einem am Fraunhofer IGCV entwickelten Prozess ist es nun möglich, auch Bauteile aus zwei unterschiedliche Werkstoffen zu fertigen, die eine beliebige Verteilung beider Materialien sowohl in Aufbaurichtung als auch in der Bauebene aufweisen. Aufgrund der beliebigen Materialverteilung in allen Raumachsen, werden diese Strukturen als 3-D-Multimaterialbauteile bezeichnet. Dieser Ansatz birgt neue Potenziale für Leichtbau und Funktionsintegration und kann darüber hinaus zur Herstellung mechatronischer Komponenten genutzt werden. Um diese Möglichkeiten voll ausschöpfen zu können, müssen die Einflüsse von Werkstoffeigenschaften, Prozessparametern und Bauteileigenschaften untersucht werden.

Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie
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Fertigung mechatronischer Komponenten durch Multimaterialverarbeitung im Laser-Strahlschmelzen

Im Teilprojekt DIELEKTRO soll die Kombination von metallischen Strukturbauteilen mit elektrischen Komponenten realisiert werden. Um das Projektziel der Herstellung von mechatronischen Multimaterialkomponenten umzusetzen, ist zum einen die Betrachtung der Hardwarekomponenten notwendig, zum anderen muss auch der Fertigungsprozess weiterentwickelt werden. Im Speziellen muss der Fertigungsprozess für nichtleitende Materialien (Keramik- oder Glaswerkstoffe) qualifiziert werden und der Auftragsmechanismus zur Einbringung eines dritten Materials erweitert werden.

Bisher konnte die prinzipielle Verarbeitbarkeit von keramische Werkstoffen (siehe Abbildung 2) im Laser-Strahlschmelzen gezeigt werden. Dünne keramischen Schichten auf metallischen Substratplatten zeigen eine ausreichende elektrische Isolation zur Realisierung mechatronischer Komponenten. Des Weiteren wurde einen Düsenauftragsmechanismus entwickelt, der die Einbringung eines dritten Werkstoffes erlaubt. Die Zusammenführung der Ergebnisse soll durch die Fertigung von 3-D-Multimaterial-Demonstratoren aus drei Werkstoffen im vierten Projektjahr erfolgen.

Arten des Multimaterialeinsatzes
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Abbildung 1: Arten des Multimaterialeinsatzes
Mittels Laser-Strahlschmelzen gefertigte Bauteile aus Keramik (Al2O3)
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Abbildung 2: Mittels Laser-Strahlschmelzen gefertigte Bauteile aus Keramik (Al2O3)
Laserstrahlgeschmolzenes Multimaterialbauteil aus CuCr1Zr  und Werkzeugstahl 1.2709. Darstellung der Leistungsfähigkeit der Multimaterialverarbeitung im Projekt DIELEKTRO
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Abbildung 3: Laserstrahlgeschmolzenes Multimaterialbauteil aus CuCr1Zr und Werkzeugstahl 1.2709. Darstellung der Leistungsfähigkeit der Multimaterialverarbeitung im Projekt DIELEKTRO

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