Forscher der Technischen Hochschule Mittelhessen arbeiten an einem neuen Verfahren, dass die Herstellung von Objekten aus Metall mit Hilfe eines neuen Metall-Laserstrahlverfahrens optimieren soll. Profitieren könnten vor allem die Luftfahrt- und Automobilindustrie. Aber auch für Medizin und Zahntechnik kann das Verfahren von Vorteil sein. Das Land Hessen unterstützt das Forschungsprojekt mit 300.000 Euro.

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Im Rahmen eines Forschungsprojekts der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) untersucht ein Expertenteam ein neues Metall-Laserstrahlschmelzverfahren. Die zwei Professoren Udo Jung und Heinrich Friederich vom Kompetenzzentrum Verkehr – Mobilität – Automotive zeichnen für das Projekt verantwortlich. Die Projektpartner sind einer Pressemittelung der THM zufolge die Firmen FKM Sintertechnik aus Biedenkopf, Sanden International (Europe) und Henkel Modellbau. Für die Forschungsarbeit stellt das Bundesland Hessen 300.000 Fördermittel zur Verfügung.

Wie funktioniert das Metall-Laserschmelzverfahren? Beim Metall-Laserstrahlschmelzen erfolgt der Aufbau eines Produkts im Schichtverfahren. Der Laserstrahl verschmilzt gesteuert von einem CAD-Datensatz bei Temperaturen von einigen 100 Grad Celsius sehr dünne Pulverschichten miteinander. Die Bearbeitung findet schichtweise in vertikaler Richtung.

Metall-Laserstrahlschmelzverfahren
Ein Projektmitarbeiter Metall-Laserstrahlschmelzverfahren (Bild © thm.de)

Die Technik hat gegenüber klassischen Fertigungsverfahren erhebliche Vorteile. Zum Beispiel werden Hohlräume oder Hinterschneidungen vermieden und jedes Bauteil kann ohne Wechsel des Werkzeugs hergestellt werden. Eine Kleinserien- und Einzelfertigung wird dadurch attraktiver, weil etwa Ersatzteile dezentral hergestellt werden können. Die kostenintensive Lagerhaltung entfällt.

Zur Zeit wird das Metall-Laserstrahlschmelzverfahren in der Luftfahrtindustrie, Medizintechnik und Zahntechnik eingesetzt. Die angepeilte Nutzung im Maschinenbau und der Automobilindustrie fehlen jedoch die zentralen Kenntnisse der passenden Fertigungsparameter. Das Forschungsprojekt soll die Fragen nach der optimalen Schichtdicke, der Positionierung im Bauraum, der Temperatur und Energiedichte des Lasers beantworten.

Bei gängigen Werkstoffen, wozu Walzstahl oder Aluminium-Druckguss gehören, existieren seit Jahrzehnten entsprechende Kennwerte für die Konstruktion und Auslegung des gewünschten Bauteils. Die Wissenschaftler möchten derartige zuverlässige Werkstoffkennwerte ebenfalls für das neue Metall-Laserstrahlschmelzverfahren ermitteln. Wie Heinrich Friederich in der oben genannten Quelle berichtet, handelt es sich dabei um mechanische Eigenschaften wie beispielsweise Steifigkeit, Zugfestigkeit, Elastizität, Porosität und Zähigkeit.

Es sollen über 400 Einzelversuche durchgeführt werden in deren Rahmen Bauteile aus einer Stahl- und Aluminiumlegierung experimentell untersucht werden sollen. Per Computer soll das Verhalten der mit dem Laserstrahlschmelzverfahren hergestellten Bauteile simulieren, wodurch die Zahl kostenintensiver Versuche begrenzt wird. Die Gesamtkosten für das zweijährige Forschungsprojekt betragen 415.000 Euro.

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