Laserbasierte Additive
Fertigung

Das selektive Laserschmelzen (SLM) ist eines der etabliertesten Metall-3D-Druck-Verfahren in der Industrie. Es bietet zahlreiche Vorteile, wie nahezu unbegrenzte Designfreiheit, schnelle Fertigung kleiner Stückzahlen, Gewichtseinsparungen, hohe Strukturauflösung und vieles mehr. Die Forschung am LHM bezieht sich auf die Erprobung neuer Materialien, die Optimierung des Prozesses, die Einbindung von Überwachungssystemen und die additivgerechte Auslegung von Kundenbauteilen.

Kenngrößen: Bauraum bis 280 x 280 x 350 mm³, Aufbauraten bis 16 cm³/h, Strukturauflösung lateral: 100 - 200 µm, vertikal: 20 - 50 µm

Werkstoffe: Metalle (u.a. Edelstahl 316L, AlSi10Mg, Werkzeugstahl H11 (1.2343))

Das Mikro-SLM stellt eine Weiterentwicklung des etablierten selektiven Laserschmelzens (SLM) dar. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von hochpräzisen Mikrobauteilen mit verbesserter Strukturauflösung und geringerer Oberflächenrauheit. Dank des großen Bauraums und der hohen Aufbaurate lassen sich neben Mikrobauteilen auch größere Bauteile mit Mikrofeatures herstellen.

Kenngrößen: Bauraum bis 100 x 100 x 60 mm³, Aufbaurate bis 3,6 cm³/h, Strukturauflösung lateral: 40 µm, vertikal: 5 - 10 µm, Oberflächenrauheit: R_a ≤ 1,5 µm

Werkstoffe: Metalle (u.a. Edelstahl 316L und 17-4PH, Inconel 625, Wolfram, Molybdän)

Das am LHM entwickelte Lasermikrosintern ist eine Modifikation des Mikro-SLM-Verfahrens. Durch Verwendung von kurzgepulster statt kontinuierlicher Laserstrahlung ist eine höhere Strukturauflösung möglich. Zudem können damit auch Keramiken und Cermets verarbeitet werden.

Kenngrößen: Bauraum bis Ø 35 mm x 50 mm, Aufbaurate bis 0,7 cm³/h, Strukturauflösung lateral: 15 µm, vertikal: 1 - 5 µm, Oberflächenrauheit: R_a ≤ 1,5 µm

Werkstoffe: Metalle (u.a. Edelstahl 316L und 80Ni20Cr, Wolfram, Molybdän, Platin, Silber, Kupfer), Keramiken (u.a. Tantal- und Wolframcarbid, Siliziumdioxid) und Cermets

Mit dem am LHM entwickelten Makro-SLM-Verfahren lassen sich individuelle metallische Bauteile mit extrem hohen Aufbauraten in Kubikmeter-Dimensionen herstellen. Hierfür kommen Metallgranulate und Hochleistungslaser im Multi-kW-Bereich (Einzelstrahl) zum Einsatz. Damit können endkonturnahe großvolumige und komplexe Bauteile schnell und kostengünstig gefertigt werden. Erforderliche Funktionsflächen werden durch eine anschließende Zerspanung realisiert. Dadurch stellt das Makro-SLM eine echte Alternative zu Metallguss und Fräsen dar.

Kenngrößen: Bauraum bis 2 x 2 x 1 m³, Auftragsrate bis 10 kg/h, Strukturauflösung lateral: > 1 mm, vertikal: > 0,5 mm

Werkstoffe: Metalle (u.a. Edelstahl 316L, Einsatzstahl 1.7131, AlSi10Mg)

Das Micro Cladding ist eine Modifikation des klassischen Laserauftragschweißens zur Herstellung von Beschichtungen oder der Generierung von 2,5D-Mikrostrukturen auf beliebig gekrümmten Oberflächen. Die Besonderheit der speziellen Verfahrensvariante des Micro Claddings liegt in der Nutzung eines gepulsten Hochleistungsfaserlasers in Verbindung mit einer schnellen Strahlablenkung. Das bietet den Vorteil, dass der Energieeintrag im Mikrometerbereich gezielt gesteuert werden kann und die thermische Belastung des Substrates sowie der aufzutragenden Struktur geringgehalten werden kann.

Kenngrößen: Aufbaurate bis 3,9 cm³/h, Auflösung lateral: 20 µm, vertikal: 1 - 10 µm

Werkstoffe: Metalle (u.a. Edelstahl 316L, Nickel-Superlegierung, Kupfer)

Das Laserauftragschweißen findet in Reparaturprozessen, für die additive Fertigung sowie für den Verschleiß- und Korrosionsschutz schon vielfältige wirtschaftlich nutzbare Anwendungen. Am LHM erfolgt dabei die Spezialisierung im Bereich des Aufbringens hochwertiger Gleit- und Verschleißschutzschichten auf beliebig geformten funktionellen Bauteilen. Spezielle Anlagentechnik ermöglicht es weiterhin, anwendungsbezogene Schichtsysteme zu generieren, um z.B. den Verschleißvorgang durch Gradientenschichtsysteme gezielt zu steuern.