Die Elektronenstrahl-Pulverbett-Fusion (E-PBF) (engl. Electron Beam Powder Bed Fusion) ist ein fortschrittliches additives Fertigungsverfahren, bei dem Metallpulver mittels eines fokussierten Elektronenstrahls selektiv aufgeschmolzen wird, um komplexe Bauteile schichtweise aufzubauen. Dieses Verfahren zeichnet sich durch hohe Präzision und Materialeffizienz aus und findet Anwendung in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und dem Automobilbau.
Inhalt:
Funktionsweise der E-PBF
Beim E-PBF-3D-Druckverfahren wird eine dünne Schicht aus Metallpulver auf eine Bauplattform aufgetragen. Ein Elektronenstrahl, erzeugt in einer Elektronenkanone, schmilzt das Pulver gemäß den CAD-Daten des gewünschten Bauteils selektiv auf. Nach dem Erstarren wird die Bauplattform abgesenkt, eine neue Pulverschicht aufgetragen, und der Prozess wiederholt sich, bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist. Der gesamte Prozess findet in einer Vakuumkammer statt, um Oxidation zu verhindern und die Qualität des Endprodukts zu gewährleisten.
Vorteile der Elektronenstrahl-Pulverbett-Fusion
- Hohe Materialdichte: Durch das vollständige Aufschmelzen des Pulvers entstehen Bauteile mit hoher Dichte und exzellenten mechanischen Eigenschaften.
- Geringe Restspannungen: Die erhöhte Baukammertemperatur reduziert thermische Spannungen im Bauteil, was die Notwendigkeit nachträglicher Wärmebehandlungen verringert.
- Effiziente Produktion: Die hohe Energie des Elektronenstrahls ermöglicht schnelle Schmelzprozesse, was die Produktionszeiten verkürzt.
Anwendungsbereiche
E-PBF wird vor allem in Bereichen eingesetzt, die komplexe und hochbelastbare Metallbauteile erfordern. In der Luft– und Raumfahrtindustrie werden beispielsweise Turbinenschaufeln und Strukturkomponenten gefertigt. In der Medizintechnik ermöglicht das Verfahren die Herstellung individueller Implantate, die exakt an die Anatomie des Patienten angepasst sind. Auch im Automobilbau findet E-PBF Anwendung, etwa bei der Produktion von Prototypen und speziellen Bauteilen.
Unternehmen und Forschungseinrichtungen
Pionierarbeit im Bereich der E-PBF-Technologie leistete das schwedische Unternehmen Arcam AB, das inzwischen Teil von GE Additive ist. In Deutschland forschen Institute wie das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) an der Weiterentwicklung dieser Technologie und deren Integration in industrielle Prozesse.
Die Elektronenstrahl-Pulverbett-Fusion stellt somit eine Schlüsseltechnologie im Bereich des metallischen 3D-Drucks dar und bietet vielfältige Möglichkeiten für die Herstellung komplexer und hochwertiger Bauteile.