Home Forschung & Bildung LLNL Forscher suchen nach weiteren Gründen für Defekte beim 3D-Metalldruck

LLNL Forscher suchen nach weiteren Gründen für Defekte beim 3D-Metalldruck

Wissenschaftler der Forschungseinrichtung Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in den USA konnten im Zuge bisheriger Untersuchungen bereits Rückschlüsse auf die Entstehung von Defekten beim 3D-Druck mit Metall ziehen. Mittels Röntgenbildaufzeichnungen sowie Röntgenbeugung wurde nun nochmals ein genauerer Blick auf den Prozess geworfen.

Gemeinsam mit dem SLAC National Accelerator Laboratory und dem Ames Laboratory hat das LLNL eine erste wissenschaftlich Publikation zum Prozess des Laserschmelzverfahrens für Metalle veröffentlicht. Das Forscherteam hat dabei ein tragbares Diagnosegerät konstruiert, mit dem ein genauer Blick auf den Schmelzpool geworfen werden kann, also dem Bereich in dem der Laser das Metallpulver schmilzt und so Schicht für Schicht zu einem kompletten Objekt aufbaut. Die Evaluierung dieser Aufzeichnungen mittels Röntgentechnologie hat neue Einblicke in das Verfahren geliefert.

“Die große Mehrheit von Diagnoseverfahren greift auf sichtbares Licht zurück, welches zwar sehr effektiv aber auch begrenzt in der Analyse der Oberfläche des Objekts ist,” erklärt LLNL Forscher Nick Calta. “Wenn wir den Vorgang vollkommen verstehen und feststellen möchten, was Fehler verursacht, brauchen wir einen Weg um in das Innenleben der Probe vorzudringen. Dieses Gerät ermöglicht uns das.”

Das entwickelte Diagnosegerät wurde zusammen mit einem Synchrotron eingesetzt, mit welchem der nötige Röntgenstrahlenfluss und hohe Energie zur Untersuchung der Proben erzeugt werden konnte. Mittels der Kombination aus Bildgebung und Röntgenbeugung konnte so der Prozess des Aushärtens genau verfolgt werden, einer der wichtigsten Faktoren beim laserbasierten Metalldruck. Mit diesen Ergebnissen konnten sofort Datengesammelt werden, welche derzeit noch immer von den Forschern ausgewertet werden.

Dampfwolke lässt Poren entstehen

“Die Dampfwolke, welche vom Laser im Schmelzpool durch das Erhitzen erzeugt wird, kann Ausnehmungen und Poren verursachen. Diese Defekte sind Stressfaktoren und beeinträchtigen die mechanischen Eigenschaften des Teiles,” erklärt LLNL Physiker Ibo Matthews.

Diese Erkenntnis in Kombination mit detaillierten Experimenten könnten die Verbesserung von Teilen gefertigt mit dem Verfahren schnell vorantreiben. Der Prozess müsste so adaptiert werden, dass man dieses Defekte zukünftig vermeidet.

Derzeit arbeiten die Forscher an der Verbesserung ihres Diagnosegerätes, welches dann auch für weitere Materialien eingesetzt werden soll.

Die Studie “An instrument for in situ time-resolved X-ray imaging and diffraction of laser powder bed fusion additive manufacturing processes” wurde im Fachjournal Review of Scientific Instruments veröffentlicht.

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