Diode Area Melting: Technologie verspricht Highspeed Metall-3D-Druck

Raphael S. veröffentlicht Auf 29. März 2017 vonveröffentlicht

Forscher der Universität Sheffield haben eine neue Technologie vorgestellt, um den Fertigungsprozess nicht nur schneller, sondern auch energieeffizienter zu gestalten. Das altbekannte SLM-Verfahren basiert auf einem hochintensiven Laser, der das Metallpulver Schicht für Schicht zu einem fertigen Bauteil schmilzt. Das kann bei größeren Bauteilen durchaus ziemlich lange dauern, da nur ein Laserstrahl für das Aufschmelzen verwendet wird und der Fertigungsprozess auf die Geschwindigkeit des Lasers begrenzt ist.

Die neue Technologie nutzt nicht nur einen einzigen Laserstrahl, sondern eine ganze Reihe von lichtemittierenden Dioden, man nennt den Prozess DAM (Diode Area Melting). Bisher wurde dieses Verfahren mehr oder weniger unter den Tisch gekehrt, denn eine Beschleunigung in der Fertigung resultiert in einer geringeren Energie der Strahlung (aufgrund einer größeren Streuung). Infolgedessen kann das System die notwendige Energie nicht aufbringen, um das Metallpulver zu schmelzen. Allerdings haben die Wissenschaftler der Uni Sheffield das Gegenteil bewiesen:

„Unsere Forschung soll die langjährige Annahme widerlegen, dass Module mit Dioden geringerer Leistung keine ausreichende Schmelzenergie aufbringen können […]“, so Dr. Kristian Groom. „Der Schlüssel zum Erfolg des DAM Prozesses war der Schritt zu Lasern mit kürzeren Wellenlängen (808nm). Jeder individuelle, gebündelte Strahl der Diodenanordnung konnte Temperaturen größer des Schmelzpunkts von 1400 °C in wenigen Millisekunden erreichen, was eine Produktion von dichten Edelstahlteilen ermöglicht.“

Die Entwicklung DAM-Technologie ebnet nicht nur den Weg für eine schnellere Herstellung von Bauteilen, sondern spart auch noch Energie im Vergleich zum selektiven Laserschmelzen. Während mit dem SLM-Verfahren eine Energieeffizienzgrad von 20% besteht, kann mit dem „Diode Area Melting“ ein Wert von 50%-80% erreicht werden, man ist somit in der Lage bis zu 4 mal mehr elektrische in optische Energie umzuwandeln.

Die beiden Erfinder des Prozesses, Dr. Groom und Dr. Kamran Mumtaz, werden sich weiterhin damit auseinandersetzten und planen bereits, das System auch auf die Herstellung von Bauteilen aus Polymeren auszuweiten. Das Team um die neue Technologie glaubt an die Möglichkeiten in der Zukunft: Mit dem Diode Area Melting – Prozess könnte man die Verarbeitung von verschiedenen Materialien, die ebenso verschiedene Wellenlängen zur Aktivierung benötigen, in einer Maschine vereinen.

Es ist nicht nötig zu erwähnen, dass sich diese Forschung noch in den Kinderschuhen befindet, obwohl der Fortschritt ziemlich vielversprechend ist. Konkrete Bauteile können aufgrund der fehlenden Präzision noch nicht hergestellt werden und aus der Studie geht hervor, dass die Qualität von traditionellem SLM nicht erreicht werden kann. Ein Erfolg ist das Projekt aber in jedem Fall, und die Wissenschaftler haben bewiesen, dass sich Diodenlaser auch für die additive Fertigung im Hinblick auf die Energiedichte der Strahlung eignen können. Wir sind gespannt auf die weiteren Errungenschaften in diesem Bereich, vielleicht kann der 3D-Metalldruck durch diese Technologie bald um einiges kostengünstiger und somit zugänglicher werden.

Weitere Informationen dazu finden Sie in der Studie selbst.

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