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3D-gedruckte Bauteile weisen einzigartige Mikrostrukturen auf, die ihre mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften beeinflussen. Referenzdaten geben Aufschluss über ihre Qualität und Leistungsfähigkeit.
Foto: BAM
3D-gedruckte Bauteile weisen einzigartige Mikrostrukturen auf, die ihre mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften beeinflussen. Referenzdaten geben Aufschluss über ihre Qualität und Leistungsfähigkeit.

Metall-3D-Druck

Referenzdaten für Titan, Nickel und Stahl

Die BAM hat erstmals Referenzdaten zu additiv gefertigten Werkstoffen aus Titan, Nickel und einem nicht rostenden Stahl veröffentlicht.

Mit den Referenzdaten der Werkstoffe lässt sich die Qualität und Sicherheit von Bauteilen gewährleisten und die Materialentwicklung im 3D-Druck vorantreiben. Besonders in der Additiven Fertigung (AM, additive manufacturing) sind die Referenzdaten wichtig, da beim Drucken Mikrostrukturen entstehen, die die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften eines Bauteils beeinflussen. Somit haben sie zum Beispiel Auswirkungen auf die Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit.

Das Team um die Wissenschaftlerinnen Dr. Birgit Rehmer und Prof. Birgit Skrotzki der Abteilung Werkstofftechnik und des Kompetenzzentrums Additive Fertigung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat drei Metalllegierungen mittels der dynamischen Resonanzmethode (DRM) charakterisiert. Dabei wurde das Material mit einem periodischen mechanischen Impuls angeregt und die resultierenden Resonanzfrequenzen gemessen.

Die Entnahme des Bauteils wirkt sich auf die Eigenschaften aus

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 Auswirkung auf die Verwendung in spezifischen Anwendungen. 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 z.B. für den nicht rostenden Stahl in höheren Werten der elastischen Kennwerte.

Die umfangreichen Datensätze enthalten Informationen zu den Herstellungsverfahren und Parametern, Wärmebehandlungen, Korngröße, Probendimensionen und -gewicht zusammen mit ihren Messunsicherheiten. Sie können von Konstrukteur*innen, Prüflaboren und Forscher*innen genutzt werden, um die Leistung von additiv gefertigten Materialien zu bewerten, Qualitätsprüfungen durchzuführen und Simulationen zu verbessern. Die Referenzdaten können über die Open-Data-Plattform Zenodo abgerufen werden:

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