Selektives Laserschmelzen für Aluminiumlegierungen
Beim Verfahren des selektiven Laserschmelzens werden komplexe Teile mit losem Puder hergestellt, was erhebliche Einsparungen bei Material, Energie und Zeit bringen soll. Heute wird das Verfahren üblicherweise für die Verarbeitung von Titanlegierungen, rostfreien Stählen und Legierungen auf Nickelbasis verwendet. Das EU-geförderte Projekt HI-STA-PART (High strength aluminium alloy parts by selective laser melting) wollte seine Eignung für Teile aus Aluminiumlegierungen in der Luft- und Raumfahrt demonstrieren. Das selektive Laserschmelzen von Aluminiumlegierungen ist aufgrund der Kombination ihrer physikalischen Eigenschaften nicht so einfach wie bei anderen Materialien. Aluminium zeichnet sich durch eine geringe Absorption von Infrarotstrahlung und eine hohe thermische Leitfähigkeit aus, was zusammen zu relativ porösen Teilen führt. Um dieses Problem zu lösen, setzen Ingenieure auf hohe Laserleistungen und mehrere Scans pro Schicht, um Mängel zu beheben. Das Team von HI-STA-PART konzentrierte sich auf die neue Legierung Scalmalloy®, die sich durch ihre hohe Festigkeit und Schweißbarkeit auszeichnet. Diese Aluminium-Magnesium-Scandium-Legierung der zweiten Generation wurde außerhalb des Projekts für die Herstellung von Flugzeugteilen aus Aluminium entwickelt. Die Forscher analysierten die Pulvergrößenverteilung von Scalmalloy® und stellten fest, dass es die Anforderungen für selektives Laserschmelzen erfüllt. Außerdem lag seine Stumpfdichte bei gut 52%, was im Bereich von bisher verwendetem Pulver liegt. Zusätzlich wurde das Fließvermögen des Pulvers in verschiedenen Systemen für selektives Laserschmelzen getestet. Die Ergebnisse bestätigten, dass es mit Laser bearbeitet werden kann, und man verwendete es deshalb zur Herstellung von Komponenten für die Demonstration. Eine davon war die Verriegelungskappe eines Türöffnungsmechanismus, eine andere ein Eckbeschlag für Flugzeuge. Nachdem die Demonstrationsteile hergestellt worden sind, untersuchten die Forscher mögliche Abweichungen von dem computergestützten Entwurfsmodell. Diese lagen nicht über ± 0,250 mm. Die relativ kleine Zahl deutet darauf hin, dass eine letzte Bearbeitungsstufe erforderlich ist, um die optimale Leistung der Teile zu gewährleisten. Die im Rahmen von HI-STA-PART hergestellten Proben wurden auch in Bezug auf Ermüdung und Härte getestet. Trotz der Korrosion an einzelnen Stellen auf der Oberfläche und der relativen Weichheit im Vergleich zu anderen Aluminiumlegierungen, erwies sich Scalmalloy® als ein geeignetes Material für Flugzeugkomponenten. Wichtig ist, dass das selektive Laserschmelzen von Scalmalloy® weniger Abfall verspricht als herkömmliche Fertigungsverfahren wie Fräsen, Drehen und Schleifen. Neben dem kleineren ökologischen Fußabdruck demonstrierte HI-STA-PART die vielen Vorteile dieses direkten Herstellungsprozesses, mit dessen Hilfe die europäische Flugzeugindustrie ihren Wettbewerbsvorteil beibehalten kann.
Schlüsselbegriffe
Selektives Laserschmelzen, Aluminiumlegierungen, HI-STA-PART, Scalmalloy, Flugzeugkomponenten
