Löten und 3D-Drucken ohne Oxidation: LZH forscht an sauerstofffreier Produktion

Bei der Metallverarbeitung ist Oxidation ein leidiges Thema. Abhilfe schaffen könnte die Produktion in sauerstofffreier Umgebung. Das LZH erforscht, wie sich dieses Konzept in der Additiven Fertigung und beim Löten umsetzen lässt.

Oxidationsschichten, die beim Kontakt von Metallen mit Sauerstoff entstehen, beeinträchtigen die Verarbeitung und die Eigenschaften der Endprodukte. Das LZH entwickelt Verfahren, bei denen während der Produktion ein Schutzgas aus Argon mit einem Zusatz von Silan verwendet wird. Diese Methode führt zu einer Atmosphäre, die nahezu frei von Sauerstoff ist, vergleichbar mit den Bedingungen eines extrem hohen Vakuums (XHV). Dieser innovative Ansatz bietet eine kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Vakuumtechniken.

Ein Teilprojekt des LZH widmet sich dem Löten ohne Flussmittel. Traditionelle Flussmittel, die zum Aufbrechen von Oxidschichten eingesetzt werden, können umwelt- und gesundheitsschädlich sein. Die LZH-Forschenden nutzen stattdessen eine gepulste Laserstrahlquelle, um die Oxidschicht aufzubrechen, gefolgt von einem Lötprozess unter einer Silan-Atmosphäre. Diese sauerstofffreie Umgebung verhindert eine erneute Oxidation der Oberfläche und ermöglicht eine effektive Verbindung der Materialien.

Die Forschung zeigt, dass es möglich ist, die Oxidschicht auf Aluminiumlegierungen dauerhaft zu entfernen und eine gute Benetzung mit dem Lotwerkstoff zu erreichen. Die nächsten Schritte beinhalten die Anwendung dieses Prozesses auf die Verbindung von Aluminium mit Kupfer, um die Grenzen des Verfahrens zu erforschen.

Im Bereich der Additiven Fertigung untersucht das LZH die Verarbeitung von Metallpulvern unter sauerstofffreier Atmosphäre. Durch die Verwendung einer speziell entwickelten Anlage für das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen konnte der Prozess für die Titanlegierung Ti-6Al-4V optimiert werden. Die Forschenden erwarten, dass die Abwesenheit von Sauerstoff zu einem stabileren Fertigungsprozess, weniger Materialspritzern und verbesserten Bauteileigenschaften führt. Erste Ergebnisse bestätigen diese Annahmen, allerdings ist die Eliminierung von Feuchtigkeit in der Atmosphäre und im Pulver für eine weitere Prozessverbesserung entscheidend.

Diese Forschungsarbeit des LZH zeigt deutlich das Potenzial, durch innovative Ansätze in der sauerstofffreien Produktion die Effizienz und Qualität in der Metallverarbeitung signifikant zu steigern.