Dioden-basiertes Fertigungsverfahren revolutioniert additive Fertigungsverfahren

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Ein Nachteil der heutigen laserbasierten Pulverbettschmelzverfahren ist die punktuelle Abrasterung des Pulverbetts und die damit verbundene erhöhte Bauzeit. Die Kosten pro Bauteil sind dadurch relativ hoch und man ist beschränkt in der Bauhöhe. Ein neuer Ansatz des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) verspricht enorme Zeiteinsparungen in der metallbasierten additiven Fertigung.

Ursprünglich wurde die Technik für die National Ignition Facility (NIF), Kalifornien, für die Kernwaffensimulation entwickelt. Laut Lawrence Forschern können mit dieser Methode 3D Objekte schneller als zuvor gefertigt werden.

Die neue Technologie – Diode-based Additive Manufacturing (DiAM) – basiert auf einem Array aus Hochleistungsdioden, einem Q-Switch Laser und einem speziellen Lasermodulator, mit denen eine komplette Schicht belichtet werden kann. Damit eröffnen sich gänzlich neue Möglichkeiten in der metallbasierten additiven Fertigung, da hierdurch große Bauteile für den Bereich Aviation oder Automotive, in einem Bruchteil der heutigen benötigten Zeit, gefertigt werden können.

„By cutting the print time and having the ability to upscale, this process could revolutionize metal additive manufacturing. The illumination time savings, we estimate, is such that a one cubic meter build that would require 10 years of raster-scanned illumination to make would require only a few hours with DiAM, because you can image each layer at once. Printing with a gray-scaled image may also allow you to reduce residual stress because you can tailor the thermal stresses spatially and temporally. “ sagt Ibo Matthews, ein LLNL Forscher und Chef der Forschungsabteilung.

Die Magie hinter der ganzen Technologie ist die Implementierung eines maßgefertigten Lasermodulators, die sogenannte Optically Addressable Light Valve (OALV). Dieses optische Ventil besteht aus Flüssigkristallzellen und photoleitenden Kristallen, die in Serie geschalten sind. Ähnlich wie ein Flüssigkristallprojektor (LCD) kann die OALV dynamisch eingesetzt werden um die Bilder einer Schicht auf das Pulverbett zu projizieren. Der Unterschied liegt darin, dass die OALV ungepixelt ist und somit weitaus höhere Laserleistungen aushält.

„The DiAM project marries two technologies that we’ve pioneered at the Lab – high-power laser diode arrays and the OALV. Given that we put all this time and development into this light valve, it became a natural extension to apply it to this project. We went through some calculations and it was clear from the outset that it would work (with 3D printing). The ability to change a serial process to a parallel process is critical to ensuring that as parts increase in complexity or size that the patterning process speed can be increased to catch up.“ sagt Heebner.

Neben der Möglichkeit größere Bauteil fertigen zu können gibt es noch weitere Vorteile wie bessere Handhabung von Eigenspannungen und Mikrostrukturen. Diese Eigenschaften der DiAM-Technologie könnte in naher Zukunft die konventionellen metallbasierten Pulverbettverfahren revolutionieren.