Multimaterial-verarbeitung

Laserstrahlgeschmolzenes Multimaterialbauteil – Angussstutzen aus CuCr1Zr und Werkzeugstahl 1.2709

Abbildung: Laserstrahlgeschmolzenes Multimaterialbauteil – Angussstutzen aus CuCr1Zr und Werkzeugstahl 1.2709. In einem Spritzgusswerkzeug wird ein Grundkörper aus 1.2709-Werkzeugstahl aufgebaut und mit CCZ (Kupfer) in zwei unterschiedlichen Bauteilbereichen zur Verbesserung der Wärmeabfuhr versehen. Durch diese innenliegenden Kühlstrukturen aus hoch wärmeleitfähigen Materialien kann der Wärmehaushalt verbessert und dadurch die Zykluszeit reduziert werden.

Die additive Fertigung und insbesondere das Laserstrahlschmelzen findet im industriellen Umfeld immer weitere Einsatzbereiche. Ein Hauptfaktor für diese Entwicklung ist das immer größer werdende Prozessverständnis sowie die steigende Anzahl an Werkstoffen, die verarbeitet werden können. Das vorliegende Prozessverständnis beschränkt sich derzeit jedoch noch auf Monomaterialbauteile, das heißt Bauteile, welche aus einem Werkstoff bestehen. Auch ist die Herstellung Hybrider oder 2-D-Multimaterialbauteile, die sich durch einen Materialwechsel in Aufbaurichtung auszeichnen, bereits weit verbreitet. In einem am Fraunhofer IGCV entwickelten Prozess ist es nun möglich, auch Bauteile aus zwei unterschiedliche Werkstoffen zu fertigen, die eine beliebige Verteilung beider Materialien sowohl in Aufbaurichtung als auch in der Bauebene aufweisen. Aufgrund der beliebigen Materialverteilung in allen Raumachsen, werden diese Strukturen als 3-D-Multimaterialbauteile bezeichnet. Damit können Vorteile der Additiven Fertigung wie die belastungsgerechte Konstruktion oder Funktionsintegration weiter ausgebaut werden, indem man Werkstoffe mit den benötigten Eigenschaften (z. B. Duktilität, Wärmeleitfähigkeit, Härte) lokal einsetzt. So kann die Additive Fertigung für die Herstellung funktionsoptimierter Werkzeug- und Formeinsätze flexibilisiert werden, z. B. durch Werkzeugformen und -einsätze mit langzeitfester Beschichtung, die die Standzeiten erhöhen.

In Forschungsprojekten werden hier des Weiteren die Kombination von metallischen Strukturbauteilen sowie elektrischen Komponenten und Trennverfahren für Pulverrecycling bei gemischten Pulvern untersucht. Durch die Erfahrung und die Spitzenstellung in der Erforschung der Multimaterialverarbeitung weist das AMLab Wissen über das Materialverhalten, auftretende Wechselwirkungen und weitere prozessbedingte Herausforderungen auf, die in neuen Forschungsprojekten eingebracht werden.