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Wissenschaftler am SLAC National Accelerator Laboratory des US Energieministeriums versuchen mittels Röntgenlicht der Ursache für die Entstehung von Mängeln beim Metall-3D-Druck auf die Spur zu kommen, um diese zukünftig ausmerzen zu können.
Bei laserbasierten Verfahren in der Additiven Fertigung mit Metall werden Pulver wie Titanlegierungen, Stahl, Aluminiumlegierungen oder auch Kupfer Schicht für Schicht mit einem Hochleistungslaser verschmolzen, bis das Objekt komplett ist. Bei diesem Vorgang entstehen jedoch manchmal Schwachstellen wie Poren oder Risse, die durch das ungleichmäßige Abkühlen und Aushärten des Metalls hervorgerufen werden.
Analyse der optimalen Parameter
In ihren Versuchen analysieren die Forscher nun mit der Hilfe von Röntgentechnologie jeden Aspekt des Prozesses, darunter auch das verwendete Metall, das Maß an Hitze durch den Laser sowie die Geschwindigkeit, mit der das Metall sich erhitzt und abkühlt. So möchte man die bestmögliche Kombination aller Faktoren herausarbeiten, um die Entstehung von Poren und Rissen zu verhindern, die Mikrostruktur zu kontrollieren und somit feste Metallteile zu fertigen.
“Wir liefern fundamentale physikalische Forschungsergebnisse, welche uns dabei helfen werden Aspekte zu identifizieren, die beim Metall 3D-Druck von Bedeutung sind,” sagt Chris Tassone, Forscher des SSRL.
Diese Ergebnisse sollen schlußendlich zu Angaben über Lasereinstellungen für 3D-Drucker führen um solide und stabile Teile herstellen zu können.
Röntgenstrahlen für Bilder und Datenerhebung
Bislang war es nur möglich den Druckprozess von oben her zu betrachten. Dabei konnte man allerdings nicht feststellen wie tief der Laser die einzelnen Schichten schmilzt. Röntgenstrahlen geben den Forschern nun die Möglichkeit die Vorgänge innerhalb des sich im Druckprozess befindenden Teils zu untersuchen. Mit einer bestimmten Art Röntgenlicht können Bilder mit Mikrometer-Auflösung erzeugt werden. Bei einer weiteren Methode prallen die Röntgenstrahlen an den Atomen des Materials ab. Die damit erhobenen Daten helfen dabei die atomare Struktur zu analysieren während das Material vom festen in den flüssigen Zustand und wieder zurück übergeht.
Neben dem laserbasierten Pulverbettverfahren sollen zukünftig auch Metall-3D-Drucktechnologien wie Directed Energy Deposition (DED) untersucht werden. Zudem möchte man Hochgeschwindigkeitskameras einsetzen um Bilder und Videos des Herstellungsprozesses festzuhalten.
