In einer kürzlich in „Nature Communications“ veröffentlichten Studie mit dem Titel „Pore evolution mechanisms during directed energy deposition additive manufacturing“ (Link) haben Forscher der Queen Mary’s School of Engineering and Materials Science (QMUL) bedeutende Erkenntnisse über die Entstehung und Entwicklung von Poren während des 3D-Druckprozesses mittels gerichteter Energieabscheidung (Directed Energy Deposition, DED-3D-Druckverfahren) gewonnen. Diese Ergebnisse könnten die Sicherheit und Effizienz bei der Herstellung hochwertiger Bauteile in verschiedenen Branchen erheblich verbessern.
DED, eine Technik, die komplexe Strukturen Schicht für Schicht aufbaut, ist besonders geeignet für die Erstellung komplexer Geometrien in Bereichen wie Luft– und Raumfahrt, Automobilindustrie, Schifffahrt und sogar in der Biomedizin. Darüber hinaus bietet sie großes Potential für die Reparatur sicherheitskritischer Teile, wie beschädigter Turbinenblätter von Jets. Die breite Einführung dieser Technologie wurde jedoch durch die unvorhersehbare Bildung von Poren während des DED-Prozesses behindert. Diese kleinen Luftblasen schwächen die Bauteile, gefährden deren Leistung und werfen Sicherheitsbedenken auf.
Dr. Chinnapat Panwisawas, Senior Lecturer für Materialien und Festkörpermechanik, erläutert, dass die genauen Mechanismen hinter der Porenbildung und -entwicklung bisher ein Rätsel waren. Die Studie beleuchtet diese kritischen Aspekte und enthüllt fünf verschiedene Prozesse, die zu ihrem Verhalten beitragen: die Wanderung und Vereinigung von Gasblasen, Oberflächenspannungseffekte und die Einschließung durch Erstarrungsfronten.
Zur Erlangung dieser Erkenntnisse setzten die Forscher fortschrittliche in-situ Röntgenbildgebung und Multiphysik-Modellierung ein. Ihre Ergebnisse liefern ein detailliertes Verständnis darüber, wie Poren während des DED-Prozesses entstehen, sich bewegen und innerhalb des Schmelzbads interagieren. Dies ermöglicht die Entwicklung gezielter Strategien zur Minimierung ihrer Präsenz.
„Diese Kenntnisse sind entscheidend, um das volle Potential von DED auszuschöpfen“, betont Dr. Panwisawas. Durch die Verringerung der Porosität können die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen verbessert werden, wodurch DED eine tragfähige Option für sicherheitskritische Anwendungen wird. Dies führt letztlich zur Herstellung stärkerer, sicherer und zuverlässiger Komponenten in verschiedenen Industriezweigen.