SLM in grün

Selektives Laserschmelzen als additives Verfahren wird bereits für mehrere metallische Werkstoffe verwendet. Ein Fraunhofer-Institut arbeitete an einer Verfahrensvariante, mit der SLM auch für hochreines, leitfähiges Kupfer nutzbar wird.

11. September 2017

Auf der Messe Formnext vom 14. bis zum 17. November 2017 in Frankfurt/M. stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen eine Neuentwicklung zum selektiven Laserschmelzen von Metallen vor. Mit diesem Pulverbettverfahren lassen sich Werkstücke aus Stahl und anderen Werkstoffen herstellen, darunter Edelstahl, Aluminium, Titan, Nickel- und Kupferlegierungen. Die neue Verfahrensvariante des ILT ermöglicht die Produktion von Teilen aus hochreinem Kupfer, was bisher nicht möglich war. Dies ist für einige Anwendungen interessant durch die sehr hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit von Kupfer.

Die Schwierigkeit bei Kupfer ist, dass sich die bisher genutzten Laserstrahlquellen für dieses Material nicht eignen. "Reines Kupfer reflektiert bei der sonst üblichen Wellenlänge von zirka einem Mikrometer je nach Oberflächeneigenschaften den überwiegenden Teil der Laserstrahlung", erklärt Daniel Heußen, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Gruppe Rapid Manufacturing. Daher  wird nur eine sehr geringer Teil der eingestrahlten Energie für das Aufschmelzen des Kupfers wirksam. Die reflektierte Laserstrahlung kann sogar die Produktionsanlage beschädigen.

Der am ILT angewandte Kunstgriff ist die Verwendung von grünem Laserlicht mit der Wellenlänge 515 nm. Dabei liegt der Absorptionsgrad von Kupfer um ein Vielfaches höher. Außerdem lässt sich der Laserstrahl schärfer bündeln, sodass sich mit dem neuen SLM-Verfahren wesentlich filigranere Bauteile herstellen lassen. Heußen: "Wir hoffen auf eine gleichmäßigere Schmelzbaddynamik, um dichte Bauteile aufbauen zu können, sowie auf weitere positive Effekte wie eine hohe Detailauflösung."

Weil es am Markt keine für den SLM-Prozess geeignete grün leuchtende Strahlquelle gibt, baut die Abteilung Strahlquellenentwicklung des Fraunhofer ILT selbst eine. Geplant ist ein Laser für den sogenannten Singlemode-Betrieb, der mit einer maximalen Leistung von 400 Watt im kontinuierlichen Betrieb in sehr guter Strahlqualität arbeitet. Bis Ende 2017 soll ein Laboraufbau der Anlage entstehen. Der zukünftige Prozess eignet sich voraussichtlich für Komponenten wie hocheffiziente Wärmetauscher und Kühlkörper oder für die Kleinserienproduktion von filigranen, komplexen elektrischen Bauteilen. Heußen: "In der industriellen Fertigung bieten sich Induktoren für die induktive Wärmebehandlung besonders an. Weil sie meist in geringer Stückzahl mit hoher Komplexität und Variantenvielfalt hergestellt werden, sind es Paradebeispiele für die additive Fertigung." Mit einem Modellaufbau und ersten Prozessvideos informiert das Fraunhofer ILT Interessenten auf der Formnext, Halle 3.0, Stand F50, über das Verfahren.