Home Industrie Fraunhofer IWU entwickelt optimierte Scanstrategien für präziseren 3D-Druck metallischer Strukturen

Fraunhofer IWU entwickelt optimierte Scanstrategien für präziseren 3D-Druck metallischer Strukturen

Am Fraunhofer IWU in Dresden arbeiten Forschende seit über 15 Jahren an der Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Technologie, bei der ein Laserstrahl schichtweise Metallpulver an den gewünschten Stellen aufschmilzt. Dieses Verfahren erfordert eine komplexe Prozesskontrolle entlang der gesamten physischen und digitalen Prozesskette, um aus dem Pulver stabile und funktionsfähige Bauteile zu fertigen. Besondere Bedeutung hat dabei die Entwicklung spezifischer Scanstrategien, die die Abfolge, Ausrichtung und Länge der Laserbahnen definieren und die Herstellung filigraner, homogener und maßhaltiger Strukturen ermöglichen.

Ein Bereich der Forschung befasst sich mit der sogenannten Quasi-Punkt-Scanstrategie, die speziell für filigrane Gitterstrukturen konzipiert ist. Diese Strategie nutzt extrem kurze, teilweise gekreuzte Laserpfade, um feinste Strukturen präzise zu formen. Durch diesen gleichmäßigen Energieeintrag lassen sich beispielsweise Stents aus Nickel-Titan (NiTi) drucken, die sich dank superelastischer Eigenschaften ideal für minimalinvasive Anwendungen eignen.

In Zusammenarbeit mit der TU Dresden haben Forschende zudem eine geometrieangepasste Scanstrategie für offenporige Strukturen entwickelt, die bei Implantaten wie Schulterkurzschaft-Implantaten Anwendung findet. Mithilfe einer automatisierten Geometrieerkennung lassen sich verschiedene Bauteilbereiche, etwa zellulare und vollsolide Abschnitte, differenziert bearbeiten. Durch die Anpassung der Laserparameter für jeden Bereich werden Maßhaltigkeit und Verzug reduziert.

Besonders anspruchsvoll gestaltet sich die Herstellung von Überhängen, die oft zusätzliche Stützstrukturen erfordern. Das Fraunhofer IWU nutzt hierfür eine innovative Voronoi-basierte Scanstrategie, die durch thermische Simulation und die Anpassung der Laservariablen eine hohe Fertigungsqualität bei reduzierten Stützstrukturen sicherstellt. Die Geometrie des Bauteils wird dabei in kleinere Bereiche unterteilt, deren Größe und Form sich an die spezifischen Anforderungen der Überhangbereiche anpassen. So lassen sich durch präzise Kontrolle des Temperaturverlaufs mögliche Verformungen vermeiden.

Die von Fraunhofer IWU und der TU Dresden entwickelten Strategien zeigen das Potenzial additiver Fertigung, komplexe und anwendungsorientierte Bauteile effizient herzustellen. Diese Fortschritte bieten besonders für die Medizintechnik und den Werkzeugbau neue, material- und kostensparende Möglichkeiten, ohne Abstriche bei der Qualität hinnehmen zu müssen.

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