Forscher an der TU Graz haben mit Selective LED based Melting (SLEDM) ein neues 3D-Druckverfahren entwickelt, bei dem Metallpulver mit Hochleistungs-LED-Lichtquellen aufgeschmolzen wird. Mit dem optimierten Verfahren wird die Bauzeit, der Verbrauch von Metallpulver, die Gerätekosten und der Nachbearbeitungsaufwand gegenüber anderen Metall-3D-Druckverfahren deutlich optimiert. Wir stellen das Verfahren vor.
Ein Team rund um Franz Haas, dem Leiter des Instituts für Fertigungstechnik der TU Graz, hat mit dem Selective LED based Melting ein neues 3D-Druckverfahren entwickelt, um Metallteile mithilfe von LED-Quellen statt wie bisher mit Laserquellen herzustellen. Sie optimierten außerdem die Bauzeit, den Verbrauch von Metallpulver, die Gerätekosten und den Nachbearbeitungsaufwand beim 3D-Druck von Metall, wie die Universität in einer Pressemitteilung erklärt.
Selective LED based Melting (SLEDM)
Das Selective LED based Melting SLEDM (gezieltes Schmelzen von Metallpulvern mit Hochleistungs-LED-Lichtquellen) behebt das Problem der zeitintensiven Produktion großvolumiger Metallbauteile und die aufwendige manuelle Nachbearbeitung. Das zum Patent angemeldete Verfahren ähnelt dem Selektivem Laserschmelzen (Selective Laser Melting) und auch dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM, Electron Beam Melting), bei dem Metallpulver mittels Laser- bzw. Elektronenstrahl aufgeschmolzen und schichtweise zu einem Bauteil aufgebaut wird. Einen Metall-3D-Drucker mit EBM-Technologie entwickeln zum Beispiel Wipro 3D und das Indian Institution of Science (IISc).
Beim SLEDM-Verfahren jedoch wird ein Metallpulver mit einem Hochleistungs-LED-Strahl aufgeschmolzen. Dabei werden Leuchtdioden eingesetzt, die speziell dafür adaptiert und mit einem komplexen Linsensystem ausgestattet wurden. Der Durchmesser des LED-Fokus kann während des Schmelzvorgangs problemlos zwischen 0,05 und 20 Millimetern verändert werden. Es können größere Volumina pro Zeiteinheit geschmolzen werden und auf filigrane Innenstrukturen muss auch nicht verzichtet werden. Die Produktionszeit von Bauteilen für Brennstoffzellen- oder Medizintechnik verringert sich im Durchschnitt um den Faktor 20.
SLEDM-Fertigungsanlage
Eine neu konzipierte Fertigungsanlage baut das Objekt von oben nach unten auf, was für ein freiliegendes Bauteil sorgt. Die benötigte Pulvermenge verringert sich auf ein Minimum und die Nachbearbeitung kann bereits während des Drucks erfolgen. Das aufwendige manuelle Nachbearbeiten entfällt.
In der Medizin kann das SLEDM-Verfahren bei bioresorbierbaren Metall-Implantaten verwendet werden. Darunter fallen zum Beispiel Schrauben, die aus Magnesium-Legierungen bestehen und bei Knochenbrüchen eingesetzt werden. Derartige Implantate könnten direkt im OP-Saal hergestellt werden. Sie lösen sich auf, nachdem die Bruchstellen zusammengewachsen sind.
Das SLEDM-Verfahren soll weiter für die E-Mobilität eingesetzt werden, in der Fertigung von Bauteilen wie Bipolarplatten für Brennstoffzellen oder Komponenten für Batteriesysteme. Im nächsten Entwicklungsschritt folgt ein marktfähiger Prototyp des 3D-Metalldruckers – „made by TU Graz“. Über die weitere Entwicklung berichten wir wie gewohnt im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter kostenlos abonnieren).