Insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik ist die Sicherheit von Bauteilen aus dem 3D-Druck wichtig. Fehlerhafte Bauteile können hier schwerwiegende Konsequenzen haben. Die einzigartigen Mikrostrukturen, die durch die additive Fertigung entstehen, beeinflussen mechanische, thermische und chemische Eigenschaften eines Bauteils, wie beispielsweise seine Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit.
„Um potenzielle Risiken zu minimieren und die Qualität der 3D-gedruckten Komponenten sicherzustellen, sind verlässliche Referenzdaten unabdingbar“, so Professorin Birgit Skrotzki. Sie ist als Werkstoffwissenschaftlerin an der BAM tätig. „Unsere Referenzdaten zu den elastischen Eigenschaften von additiv gefertigten Metallen stellen einen wichtigen Beitrag dar, der nicht nur die Qualität und Sicherheit dieser Bauteile gewährleistet, sondern auch Innovationen in der Materialentwicklung ermöglicht.“
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Drei Metalllegierungen für 3D-Druck im Dienst der Qualitätssicherung analysiert
Das Team um Dr. Birgit Rehmer und Birgit Skrotzki von der Abteilung Werkstofftechnik und vom Kompetenzzentrums Additive Fertigung der BAM hat drei Metalllegierungen mittels der Dynamischen Resonanz Methode (DRM) charakterisiert. Dabei regten sie das Material mit einem periodischen mechanischen Impuls an. Darüber hinaus maßen sie die resultierenden Resonanzfrequenzen.
Herausgefunden haben sie dabei beispielsweise, dass 3D-gedruckte Bauteile je nach Baurichtung und je nach Entnahmerichtung der Proben deutliche Unterschiede in den elastischen Eigenschaften aufweisen.
Die Richtungsabhängigkeit, die bei allen untersuchten Temperaturen auftritt, hat Auswirkungen auf die Verwendung in spezifischen Anwendungen, wie etwa Turbinenschaufeln. Dies muss bei der Gestaltung von Komponenten berücksichtigt werden, bei denen die Belastungsrichtung eine Rolle spielt.
Die Parameter des additiven Fertigungsprozesses beeinflussen die Eigenschaften ebenfalls. Eine geringere Pulverschichtdicke resultiert beispielsweise für den nichtrostenden Stahl in höheren Werten der elastischen Kennwerte.
Daten für 3D-Druck von Metallen stehen frei zur Verfügung
Die umfangreichen Datensätze enthalten Informationen zu den Herstellungsverfahren und Parametern, Wärmebehandlungen, Korngröße, Probendimensionen und -gewicht zusammen mit ihren Messunsicherheiten. Sie können von Konstrukteuren, Prüflaboren und Forschenden genutzt werden, um die Leistung von additiv gefertigten Materialien zu bewerten, Qualitätsprüfungen durchzuführen und Simulationen zu verbessern. Die Referenzdaten stehen ab sofort über die Open-Data-Plattform Zenodo zur Verfügung.
Neben der Entwicklung von Referenzdaten bietet die BAM regelmäßig Schulungen und Workshops zum Thema additive Fertigung an.
https://doi.org/10.1038/s41597–023–02387–6
