Für den Metall-3D-Druck hat ein Team der Technischen Universität Graz ein neues Verfahren entwickelt, das mit Hilfe von Hochleistungs-LED-Lichtquellen das Metallpulver aufschmilzt und nicht wie sonst mit Laser. Das sogenannte Selective LED based Melting (SLEDM) ähnelt dem Selektiven Laser- (SLM, Selective Laser Melting) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM, Electron Beam Melting), bei dem Metallpulver mittels Laser- beziehungsweise Elektronenstrahl aufgeschmolzen und schichtweise zu einem Bauteil aufgebaut wird. SLEDM behebt jedoch zwei zentrale Probleme dieser pulverbettbasierten Fertigungsverfahren:
- Die zeitintensive Produktion großvolumiger Metallbauteile
- Die aufwendige manuelle Nachbearbeitung
Kombiniert wird diese Technologie mit einer neu konzipierten Fertigungsanlage, die – im Gegensatz zu anderen Metall-Schmelzanlagen – das Bauteil von oben nach unten additiv aufbaut. Das Bauteil liegt dadurch frei, die benötigte Pulvermenge reduziert sich auf ein Minimum und die notwendige Nachbearbeitung kann bereits während des Druckprozesses durchgeführt werden.
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Anwendung des SLEDM-Verfahrens im Metall-3D-Druck
Ein Demonstrator des SLEDM-Verfahrens wird bereits im K-Projekt CAMed der Medizinischen Universität Graz berücksichtigt, wo im Oktober 2019 das erste Labor für Medizinischen 3D-Druck eröffnet wurde. Mithilfe des Verfahrens sollen bioresorbierbare Metall-Implantate produziert werden – also vorzugsweise Schrauben, die aus Magnesium-Legierungen bestehen und bei Knochenbrüchen eingesetzt werden. Diese Implantate lösen sich im Körper auf, nachdem die Bruchstelle zusammengewachsen ist.
Eine zweite, den Menschen oft stark belastende Operation wird somit nicht mehr nötig. Die Produktion solcher Implantate wäre dank SLEDM direkt im OP-Saal möglich.
Der zweite Schwerpunkt liegt in der nachhaltigen Mobilität, und zwar in der Fertigung von Bauteilen wie Bipolarplatten für Brennstoffzellen oder Komponenten für Batteriesysteme. Das Institut für Fertigungstechnik der TU Graz möchte die additive Fertigung mittels SLEDM für die E-Mobilität wirtschaftlich nutzbar machen und SLEDM in diesem Forschungsfeld frühzeitig positionieren. Im nächsten Entwicklungsschritt wird das Team um Institutsleiter Franz Haas einen marktfähigen Prototypen dieses Metall-3D-Druckers produzieren.
LEDs verkürzen Produktionszeit
Die für das SLEDM-Verfahren verwendeten Leuchtdioden wurden vom weststeirischen Beleuchtungs-Spezialisten Preworks speziell adaptiert und mit einem komplexen Linsensystem ausgestattet, mit dem der Durchmesser des LED-Fokus während des Schmelzvorgangs problemlos zwischen 0,05 und 20 Millimeter verändert werden kann. Das ermöglicht das Schmelzen größerer Volumina pro Zeiteinheit, ohne auf filigrane Innenstrukturen verzichten zu müssen und verringert damit die Produktionszeit von Bauteilen beispielsweise für die Brennstoffzellen- oder Medizintechnik im Durchschnitt um den Faktor 20. (eve)
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