Im Laser-Powder-Bed-Fusion-Verfahren (LPBF) wird Metallpulver schichtweise durch einen Laserstrahl lokal aufgeschmolzen und verfestigt, um Bauteile mit hoher geometrischer Präzision herzustellen. Am Dresdner Institutsteil des Fraunhofer IWU steht seit kurzem eine Hochtemperatur-LPBF-Anlage zur Verfügung, die – je nach Werkstoffanforderung – eine Vorheizung des Pulverbettoberfläche auf Temperaturen von bis zu 1200 °C ermöglicht. Dadurch wird die Verarbeitung hochschmelzender und korrosionsbeständiger Refraktärmetalle wie Wolfram sowie metallischer Werkstoffe mit vergleichbaren thermischen Eigenschaften, beispielsweise Titanaluminid, erleichtert. Während solche Materialien in der industriellen Praxis bislang überwiegend im Elektronenstrahlschmelzverfahren (Electron Beam Melting, EBM) verarbeitet wurden, eröffnet das Hochtemperatur-LPBF neue Möglichkeiten hinsichtlich höherer Auflösung, besonders dünnwandiger Strukturen und einer gut kontrollierbaren Einstellung der resultierenden Mikrostruktur.

Insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie können auf diese Weise extrem leichte und zugleich hoch verschleiß- und temperaturbeständige Komponenten gefertigt werden. Solche Eigenschaften sind vor allem bei stark beanspruchten Triebwerksbauteilen, Turboladersystemen oder Wärmetauschern von zentraler Bedeutung.

Aluminium-Matrix-Komposite (AMC): Kombination aus Leichtbau und erhöhter Verschleißbeständigkeit

Partikelverstärkte AMC weisen eine geringe Dichte bei gleichzeitig hoher Verschleißbeständigkeit auf und stellen daher attraktive Leichtbauwerkstoffe für die Automobil- und Luftfahrttechnik dar. Das Forschungsteam um Projektleiter Dr. Florian Bittner integriert Siliziumkarbid-(SiC)-Partikel als Verstärkungsphase in das Aluminiummatrixpulver, um die tribologischen Eigenschaften des Werkstoffs wie die Verschleißfestigkeit signifikant zu verbessern.

Hochtemperaturbeständige Aluminiumlegierungen für Einsatztemperaturen bis etwa 300 °C

Constellium Aheadd® HT2 ist eine wärmebeständige Aluminiumlegierung, die für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt entwickelt wurde und für Betriebstemperaturen bis etwa 250 - 300 °C ausgelegt ist – abhängig von der mechanischen Belastung und Einsatzdauer. Auch für diese Legierung eröffnet die LPBF-Technologie neue Möglichkeiten zur Fertigung filigraner Strukturen mit erhöhten geometrischen Freiheitsgraden. Das Fraunhofer IWU entwickelt hierzu geeignete Prozessstrategien und Parameterfenster, um die Legierung prozesssicher im LPBF-Verfahren zu verarbeiten.