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Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnologie ILT hat eine neue Plattform entwickelt, um den Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Prozess gezielt zu optimieren. Diese innovative Herangehensweise zur Strahlformung ermöglicht eine flexiblere und effizientere Nutzung des Verfahrens. Das System wird erstmals auf der Formnext in Frankfurt am Main vom 19. bis 22. November 2024 vorgestellt.
Marvin Kippels, Doktorand in der Abteilung für LPBF am Fraunhofer ILT, arbeitet derzeit an der Entwicklung eines flexiblen LPBF-Systems, das mithilfe von Spatial Light Modulators (SLMs) individuelle Strahlprofile erzeugen kann. Diese Technologie basiert auf der gezielten Biegung der Phasenfront des Laserstrahls durch LCoS-SLMs (Liquid Crystal on Silicon). Mit einer Laserleistung von bis zu 2 kW bietet das System die Möglichkeit, unterschiedlichste Strahlprofile zu untersuchen und den LPBF-Prozess für spezifische Anwendungen zu optimieren.
Standard-Gaussstrahlen, die bisher in vielen LPBF-Prozessen verwendet werden, weisen erhebliche Nachteile auf. Die hohe Energiedichte im Zentrum führt zu lokalem Überhitzen, Verdampfen des Materials und Prozessinstabilitäten, was die Bauteilqualität beeinträchtigen kann. Diese Effekte begrenzen die Skalierbarkeit des Verfahrens und verhindern oft die effiziente Nutzung höherer Laserleistungen.
„Eine Möglichkeit, den Prozess zu beschleunigen, ist der parallele Einsatz mehrerer Laser und optischer Systeme“, sagt Marvin Kippels. „Allerdings steigen die Kosten mindestens proportional zur Anzahl der installierten Systeme.“
Das Ziel der aktuellen Forschungsarbeit ist es, die Produktivität des Einzelstrahlverfahrens zu steigern, was auch für den Einsatz in Multi-Laser-Systemen relevant sein könnte. Erste Studien haben gezeigt, dass selbst einfache Strahlformen wie rechteckige oder ringförmige Profile zu besseren Ergebnissen führen können. Komplexere Strahlformen wurden bisher aufgrund fehlender Systemtechnologie kaum untersucht – dies ändert sich nun mit dem neuen System.
Dank der neuen Plattform kann der LPBF-Prozess gezielt angepasst werden, um Materialverdampfung und Spritzerbildung zu minimieren sowie die Effizienz zu steigern. Dies bietet industrielle Partnern die Möglichkeit, anwendungsspezifische Lösungen zu erforschen.
„Wir stehen noch ganz am Anfang, aber wir sehen schon jetzt das enorme Potenzial, das die Strahlformung für den LPBF-Prozess bieten kann“, sagt Marvin Kippels. „Es gibt nicht die eine perfekte Strahlform, jede Anwendung hat ihre eigenen Anforderungen. Dank unserer flexiblen Strahlformung können wir für jeden Prozess die ideale Verteilung finden, die besten Prozessparameter für die jeweilige Aufgabe.“
