Forscher der TU Graz haben einen neuartigen 3D-Drucker entwickelt, der Hochleistungs-LEDs anstelle von Laserquellen für die additive Fertigung von Metallteilen verwendet. Das Verfahren wird als Selective LED-based Melting (SLEDM)-Verfahren bezeichnet. Mit SLEDM werden zwei zentrale Herausforderungen bei pulverbettbasierten Herstellungsverfahren gelöst: die zeitaufwändige Fertigung großvolumiger Metallbauteile und die zeitaufwändige manuelle Nachbearbeitung.

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Forscher der Technischen Universität Graz (TU Graz) haben einen neuartigen 3D-Drucker entwickelt, der LED-Lichter anstelle von Laserquellen für die additive Fertigung von Metallteilen verwendet. Mit dem neuen 3D-Drucker kann der Metall-3D-Druck hinsichtlich Bauzeit, Metallpulververbrauch, Gerätekosten und Nachbearbeitung optimiert werden. Das Forscher-Team des Instituts für Fertigungstechnik der TU Graz hat die Technologie bereits zum Patent angemeldet, berichtet die TU Graz in einer Mitteilung.

Der 3D-Drucker verwendet eine Technologie, die dem selektiven Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) und dem selektiven Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting, EBM) ähnelt. Das Verfahren verwendet nämlich ein Metallpulver, das geschmolzen und dann zu einem Bauteil aufgebaut wird.

Verkürzte Produktionszeit ohne Nachbearbeitung

Hochleistungs-LED-3D-Drucker
Der an der TU Graz entwickelte 3D-Drucker schmilzt Metallpulver mit Hochleistungs-LED-Lichtquellen und verarbeitet es anschließend in der additiven Fertigung zu Bauteilen (Bild © TU Graz).

Die neue Technik heißt Selective LED-based Melting (SLEDM) und beseitigt gleich zwei zentrale Probleme von pulverbettbasierten Herstellungsprozessen: die zeitaufwändige Fertigung großvolumiger Metallbauteile und die zeitaufwändige manuelle Nachbearbeitung. SLEDM verwendet einen Hochleistungs-LED-Strahl, der vom Beleuchtungsspezialisten Preworks speziell angepasste LEDs enthält und das komplexe Linsensystem bestückt, mit welchem der Durchmesser des LED-Strahls fokussiert werden kann.

Durch das Linsensystem kann der Strahl während des Schmelzprozesses zwischen 0,05 und 20 mm angepasst werden. Der wechselbare LED-Fokus ermöglicht das Aufschmelzen eines größeren Volumens pro Zeiteinheit, was die Fertigungszeit von Komponenten um den Faktor 20 verkürzt. Der Pulverbedarf wird dadurch auf ein Minimum reduziert, wobei notwendige Nachbearbeitungen bereits während des Druckprozesses vorgenommen werden können.

Einsatzbereiche und Pläne für die Zukunft

Derzeit wird der Drucker zur Herstellung von bioresorbierbaren Metallimplantaten verwendet, wie zum Beispiel Schrauben aus Magnesiumlegierungen, mit denen Knochenbrüche behandelt werden. Diese Implantate lösen sich nach dem Zusammenwachsen der Fraktur im Körper auf, sodass eine zweite Operation zum Entfernen der Schrauben nicht erforderlich ist. Dank dem SLEDM-Verfahren soll die Produktion solcher Implantate bei Bedarf auch im OP-Saal möglich sein. Darüber hinaus soll LED-Licht für den OP-Betrieb auch weniger gefährlich sein als eine leistungsstarke Laserquelle.

Die nachhaltige Mobilität wäre der zweite Schwerpunkt des Verfahrens, da es die Fertigung von Bauteilen wie z. B. Komponenten für Brennstoffzellen oder Batteriesysteme ermöglicht. Mittels SLEDM möchte das Forscher-Team die additive Fertigung auch für die E-Mobilität nutzbar machen und sich frühzeitig in diesem Forschungsfeld positionieren. Im nächsten Entwicklungsschritt soll ein marktfähiger Prototyp des 3D-Metalldruckers produziert werden – ein weiteres Novum der TU Graz im universitären Umfeld. Im 3D-grenzenlos Magazin erhalten Sie täglich die neuesten Nachrichten aus der Welt des 3D-Drucks weltweit (jetzt Newsletter abonnieren).

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