Laser-Melting von Aluminium – schneller, leichter, wirtschaftlicher

Aber auch die Additive Serienfertigung hat mittlerweile ein Level erreicht, auf welchem ein wirklich ‚wirtschaftlicher‘ Einsatz möglich ist. In einer Anlage können schließlich mehrere Teile gleichzeitig Schicht für Schicht hergestellt werden, so dass sich die Produktionszeit pro Teil verringert. Folglich hängen die Bauteilkosten nicht nur von dem aufzubauenden Volumen, sondern auch von der Teilegeometrie ab. Prozesskammern, die derzeit für das SLM-Verfahren erhältlich sind, haben ein Bauvolumen von etwa 250 x 250 x 350 mm³. Die FIT Production zeigt aktuell die Wirtschaftlichkeit Additiver Fertigung in Serie anhand der Produktion einer Extruderdüse für den neuartigen 3D-Heimdrucker Fabbster.

Mechanische Eigenschaften übertreffen teilweise jene konventionell gefertigter Bauteile

Während es für das Verarbeiten von Titan- und Stahlwerkstoffen bereits umfangreiche Kenntnisse über die SLM-Prozessführung und die resultierenden mechanischen Eigenschaften gibt, ergaben sich zu Anfang Schwierigkeiten beim Lasersintern von Aluminium: Primäres Ziel bei der Verwendung eines Werkstoffes ist eine Bauteildichte von 100 Prozent. Bereits Ende 2008 wurde eine Studie präsentiert, bei der die mechanischen Eigenschaften generativ gefertigter Aluminiumteile erstmals umfassend analysiert wurden. Das Wichtigste vorneweg: Die mechanischen Eigenschaften entsprechen denen der konventionell gefertigten Bauteile, ja sie übertreffen diese sogar zum Teil. Ein entscheidendes Kriterium für den Einsatz in der Industrie!

Ausschlaggebend dabei ist aber, das für die Aluminiumlegierung AlSi10Mg mit einer höheren Laserleistung gearbeitet wird, als typischerweise für Stahlwerkstoffe notwendig. Erst ab einer Laserleistung von 150 W erlangt man eine Dichte von 100 Prozent. Bei Verwendung einer Laserleistung von 250 W sind Scangeschwindigkeiten von zirka 500 mm/s möglich, was eine entsprechend wirtschaftliche Aufbaurate bewirkt. Die FIT-Gruppe wiederum hat eine Anlage vom deutschen Hersteller SLM Solutions in Betrieb, die mit 400 W Leistung arbeitet. So gelingt es, hochwertige, additiv gefertigte Aluminiumteile effizient und in kürzester Zeit aufzubauen.

Analysen komplexer Bauteilgeometrien aus der industriellen Praxis mit zerstörungsfreier Computertomographie zeigen, dass die Restporosität der Bauteile kleiner ist als bei denen, die mittels Druckguss hergestellt wurden: Die Restporositäten liegen mit SLM unter 1 Prozent, bei Druckguss betragen sie etwa 3 Prozent.

Diesen positiven Eindruck bestätigen auch die Ergebnisse aus den Zug- und Schwingversuchen: Die mechanischen Eigenschaften der SLM-Bauteile aus AlSi10Mg erreichen die Festigkeit von Druckguss-Serienbauteilen gemäß EN 1706: Mit 350 MPa für die Zugfestigkeit R_m und 250 MPa für die Dehngrenze R_{p 0,2} stehen die SLM-Teile den Druckguss-Serienbauteilen in nichts nach.

Als eines der ersten Projekte, welches die FIT Production mit dem neuen Aluminium-Schichtbauverfahren realisierte, wurde ein neues, auf Leichtbau getrimmtes Design für ein Hinterachsdifferenzial entworfen und umgesetzt. Heutzutage sind Hinterachsdifferenziale bei Fahrzeugen so in die Achsenkonstruktionen integriert, dass diese immer weniger gut durch Fahrtwind gekühlt werden. Die dadurch entstehende Überhitzung des Getriebes führt zu einer reduzierten Lebensdauer des hochbelasteten Bauteils. Mittels der 3S-Technologie (Selective Space Structures) wurde eine Konzeptstudie entwickelt, die zeigen sollte, welche Möglichkeiten durch die intelligente Nutzung der additiven Fertigungstechnologien auch für das Themengebiet Leichtbau bestehen.

FIT Fruth Innovative Technologien GmbH, Lupburg/Parsberg Tel. 09492/9429-0, http://www.pro-fit.de