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Additive Fertigung in sauerstofffreier Atmosphäre

Additive Fertigung in sauerstofffreier Atmosphäre

© LZH
Modell der Anlage mit Entnahmekammer mit Schutzatmosphäre, Prozesskammer mit XHV-adäquater Atmosphäre und 3-Achs-Lasermodul

Die Additive Fertigung, auch als 3D-Druck bekannt, eröffnet neue Möglichkeiten für Bauteildesign und -herstellung. Dabei ergibt sich insbesondere bei reaktiven Werkstoffen wie Titanlegierungen jedoch das Problem der Oxidation mit Restsauerstoff in der Prozessatmosphäre. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) arbeiten im Teilprojekt A02 des Sonderforschungsbereichs daher an der sauerstofffreien additiven Verarbeitung von Ti-6Al-4V Pulver. Im Fachmagazin Advances in Industrial and Manufacturing Engineering haben sie nun ein innovatives Anlagenkonzept vorgestellt.

Konventionelle Anlagen für das hier betrachtete selektive Laserschmelzen (PBF-LB/M, laser-based powder bed fusion of metals) verarbeiten das feinkörnige Metallpulver (15 - 53 µm) unter Argonatmosphäre, in welcher sich stets noch eine geringe Menge Restsauerstoff befindet. Durch Dotierung mit dem reaktiven Gas Silan, kann dieser Restsauerstoff effektiv abgebunden werden, jedoch entsteht dabei feiner SiO2-Staub als Reaktionsprodukt. Um diesen sicher abzutransportieren und zudem eine Kontamination des Metallpulvers und der gefertigten Bauteile mit Sauerstoff zu verhindern, bedarf es einer neuartigen Laboranlage mit speziellem Dichtungs-, Gas- und Pulvermanagementkonzept.

Vorversuche haben gezeigt, dass das Pulver zunächst mit Argon durchspült und inertisiert werden sollte, um eine Verunreinigung mit SiO2 zu vermindern. Darüber hinaus eigenen sich nicht alle gängigen Konstruktionsmaterialien, insbesondere verschiedene Polymere, für das Handling des reaktiven Gasgemisches. Das entwickelte Anlagenkonzept sieht eine strömungsoptimierte Prozesskammer mit angrenzender inertisierbarer Entnahmekammer vor, in welcher Bauteile gereinigt und für die weitere Analyse sauerstofffrei verpackt werden können.

Zukünftig wird die Anlage genutzt, um das Prozessverhalten und resultierende Bauteileigenschaften bei einer sauerstofffreien Fertigung zu erforschen.