30.04.2020 09:00
LED statt Laser oder Elektronenstrahl: Neue Technologie revolutioniert 3D-Metalldruck
Eine an der TU Graz entwickelte Technologie nutzt LED- statt Laserquellen zur additiven Fertigung von Metallteilen und optimiert den 3D-Metalldruck hinsichtlich Bauzeit, Metallpulververbrauch, Gerätekosten und Nachbearbeitungsaufwand.
Selective LED based Melting (SLEDM) – also das gezielte Schmelzen von Metallpulver mittels Hochleistungs-LED-Lichtquellen – nennt sich die neue Technologie, die ein Team rund um den Leiter des Instituts für Fertigungstechnik der TU Graz Franz Haas für den 3D-Metalldruck entwickelt und nun zum Patent angemeldet hat. Die Technologie ähnelt dem Selektiven Laser- (SLM, Selective Laser Melting) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM, Electron Beam Melting), bei dem Metallpulver mittels Laser- bzw. Elektronenstrahl aufgeschmolzen und schichtweise zu einem Bauteil aufgebaut wird. SLEDM behebt jedoch zwei zentrale Probleme dieser pulverbettbasierten Fertigungsverfahren: die zeitintensive Produktion großvolumiger Metallbauteile und die aufwendige manuelle Nachbearbeitung.
Verkürzte Produktionszeit
Plötzlich gesund
Fortschreitende Naturerkenntnis, ganz allgemein gesprochen, ‘Wissenschaft’, ist der stärkste Feind des medizinischen Wunders. Was unseren Vorfahren als Wunder erschien, was einfache Naturvölker heute noch in heftige Erregung versetzt, das berührt den zivilisierten Menschen längst nicht mehr.
Doch es gibt einen Gegensatz, der jedem Denkenden sofort auffällt: der unerhörte, durchaus nicht abgeschlossene Aufstieg der wissenschaftlichen Heilkunde und die ebenso unerhörte Zunahme der Laienbehandlung und der Kurpfuscherei. Man schätzt die Zahl der Menschen, die der Schulmedizin kein Vertrauen schenken, auf immerhin 50 Prozent.
Wie kann es sein, daß Laienbehandler und Kurpfuscher immer wieder spektakuläre Erfolge aufweisen, von denen die Sensationspresse berichtet?
Der Autor geht dieser Frage nach und kommt zu interessanten Erkenntnissen, aus denen er Vorschläge für eine bessere Krankenbehandlung durch seine ärztlichen Standesgenossen ableitet.
Anders als beim SLM- oder EBM-Verfahren wird das Metallpulver beim SLEDM-Verfahren mit einem Hochleistungs-LED-Strahl aufgeschmolzen. Die hierzu verwendeten Leuchtdioden wurden vom weststeirischen Beleuchtungs-Spezialisten Preworks speziell adaptiert und mit einem komplexen Linsensystem ausgestattet, mit dem der Durchmesser des LED-Fokus während des Schmelzvorgangs problemlos zwischen 0,05 und 20 Millimetern verändert werden kann. Das ermöglicht das Schmelzen größerer Volumina pro Zeiteinheit, ohne auf filigrane Innenstrukturen verzichten zu müssen und verringert damit die Produktionszeit von Bauteilen beispielsweise für die Brennstoffzellen- oder Medizintechnik im Durchschnitt um den Faktor 20.
Mühsame Nachbearbeitung entfällt
Kombiniert wird diese Technologie mit einer neu konzipierten Fertigungsanlage, die – im Gegensatz zu anderen Metall-Schmelzanlagen – das Bauteil von oben nach unten additiv aufbaut. Das Bauteil liegt dadurch frei, die benötigte Pulvermenge reduziert sich auf ein Minimum und die notwendige Nachbearbeitung kann bereits während des Druckprozesses durchgeführt werden. „Das aufwendige, in der Regel manuelle Nachbearbeiten, wie es bei derzeitigen Verfahren notwendig ist, um etwa raue Oberflächen zu glätten und Stützkonstruktionen zu entfernen, entfällt und spart weitere kostbare Zeit“, so Haas.
Einsatzbereiche und weitere Pläne
Ein Demonstrator des SLEDM-Verfahrens wird bereits im K-Projekt CAMed der Medizinischen Universität Graz berücksichtigt, wo im Oktober 2019 das erste Labor für Medizinischen 3D-Druck eröffnet wurde. Mithilfe des Verfahrens sollen bioresorbierbare Metall-Implantate produziert werden – also vorzugsweise Schrauben, die aus Magnesium-Legierungen bestehen und bei Knochenbrüchen eingesetzt werden. Diese Implantate lösen sich im Körper auf, nachdem die Bruchstelle zusammengewachsen ist. Eine zweite, den Menschen oft stark belastende Operation wird somit nicht mehr nötig. Die Produktion solcher Implantate wäre dank SLEDM direkt im OP-Saal möglich, denn „ein LED-Licht ist für den OP-Betrieb naturgemäß weniger gefährlich als eine leistungsstarke Laserquelle“, so Haas.
Der zweite Schwerpunkt liegt in der nachhaltigen Mobilität, und zwar in der Fertigung von Bauteilen wie Bipolarplatten für Brennstoffzellen oder Komponenten für Batteriesysteme. „Wir wollen die additive Fertigung mittels SLEDM für die E-Mobilität wirtschaftlich nutzbar machen und SLEDM in diesem Forschungsfeld frühzeitig positionieren“, so Haas, der im nächsten Entwicklungsschritt einen marktfähigen Prototypen dieses 3D-Metalldruckers – „made by TU Graz“ produzieren wird: ein weiteres Novum im universitären Umfeld.
Das SLEDM-Verfahren wurde im FoE „Mobility & Production“ entwickelt, einem von fünf Stärkefeldern der TU Graz: www.tugraz.at/go/mobility-production.
An der TU Graz beschäftigen sich unterschiedliche Forschungsgruppen mit additiven Fertigungsverfahren. Informationen zum Thema finden sich in der E-Paper-Ausgabe unseres Forschungsmagazins TU Graz research: Die 3D-Revolution (https://epaper.tugraz.at/paper/38/1).
Das Institut für Fertigungstechnik und das Institut für Werkstoffkunde, Fügetechnik und Umformtechnik arbeiten gerade intensiv an der Umsetzung eines eigenen Additive Manufacturing-Labors, dem AddLab@tugraz. Im Planet Research-Interview erzählt Franz Haas mehr über das Vorhaben (mit Video; https://www.tugraz.at/tu-graz/services/news-stories/planet-research/einzelansich…).
Kontakt:
Franz HAAS
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
TU Graz | Institut für Fertigungstechnik
Tel.: +43 316 873 – 7170
franz.haas@tugraz.at
http://www.ift.tugraz.at
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Franz HAAS
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
TU Graz | Institut für Fertigungstechnik
Tel.: +43 316 873 – 7170
franz.haas@tugraz.at
http://www.ift.tugraz.at
Weitere Informationen:
https://www.preworks.at/index.php/de/ (Beleuchtungsspezialist Preworks)
https://www.medunigraz.at/camed/ueber-camed/ (K-Projekt CAMed der Medizinischen Universität Graz)
https://www.tugraz.at/forschung/forschungsschwerpunkte-5-fields-of-expertise/mob… (Field of Expertise “Mobility & Production”)
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Maschinenbau, Medizin, Verkehr / Transport, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
