Die additive Fertigung, oft als 3D-Druck bezeichnet, hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht und bietet vielfältige Möglichkeiten zur Herstellung komplexer Bauteile. Ein zentraler Aspekt für den Erfolg dieser Technologie ist die Entwicklung und Verfügbarkeit geeigneter Materialien, insbesondere von Metallpulvern. Während Standardmaterialien wie verschiedene Stähle, Kupfer-, Titan- und Aluminiumlegierungen bereits etabliert sind, besteht ein wachsender Bedarf an Sondermaterialien, die spezifische Anforderungen erfüllen.
Bedarf an Sondermaterialien in der Industrie
Dr.-Ing. Haneen Daoud, stellvertretende Leiterin des Geschäftsbereichs Metalle bei der Neue Materialien Bayreuth GmbH (NMB), betont, dass insbesondere Branchen wie die Luftfahrtindustrie, erneuerbare Energien, Wasserstoff- und Wärmeenergie sowie die Elektromobilität nach alternativen Materialien in kleinen Mengen suchen. Allerdings sind Pulverhersteller oft nur bereit, in großen Mengen zu produzieren, was die Beschaffung von Sondermaterialien erschwert.
Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Materialien
Die Entwicklung neuer Metalllegierungen für die additive Fertigung ist ein zeitaufwändiger Prozess, der in der Regel drei bis vier Jahre in Anspruch nimmt. Nico Geis, Experte für Technologietransfer bei NMB, weist darauf hin, dass der Markt für Sondermaterialien derzeit vom Volumen her gering ist, was die Investitionen in diesem Bereich überschaubar hält. Dennoch sind solche Entwicklungen für Unternehmen essenziell, um sich Wettbewerbsvorteile zu sichern und innovative Produkte auf den Markt zu bringen.
Erfolgreiche Anwendungen von Sondermaterialien
NMB hat bereits erfolgreich Sondermaterialien in der additiven Fertigung eingesetzt, beispielsweise für Pumpenteile, Dichtungen oder Turbinenteile, die extremen Temperaturen von bis zu 700 °C standhalten müssen. Hierbei kamen schwer schweißbare Werkstoffe auf Titan-, Nickel- und Kobaltbasis zum Einsatz, die eine hohe Kriechbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bieten.
Prozess der Materialentwicklung
Die Entwicklung neuer Materialien erfordert detaillierte Überlegungen und umfangreiche Testzyklen. Harald Lemke, Director of Product Management bei MacLean-Fogg Component Solutions, betont, dass die Entwicklungskosten oft hoch und die Kommerzialisierungszeiten lang sind. Dennoch gibt es Fortschritte, insbesondere bei modifizierten Legierungen wie Nickel-, Titan-, Aluminium- und Stahllegierungen, die für die additive Fertigung optimiert wurden.
Forschungsansätze und Kooperationen
Institute wie NMB arbeiten eng mit Unternehmen zusammen, um neue Materialien zu entwickeln. Dies geschieht entweder im Rahmen von Doktorarbeiten, bilateralen Forschungsprojekten oder öffentlich geförderten Programmen. Dabei übernimmt NMB die Materialentwicklung bis zur Kleinserienproduktion und nutzt einschlägige Charakterisierungsmethoden. Bevor ein neues Material entwickelt wird, müssen jedoch Fragen zur Aufwendigkeit des Projekts, zur Zahlungsbereitschaft im Markt und zur Wirtschaftlichkeit geklärt werden.
Alternative Ansätze zur Materialentwicklung
Neben der Entwicklung neuer Materialien können auch Beschichtungen, Oberflächenveredelungen oder der Multimaterialdruck zu den gewünschten Eigenschaften führen. Ein Beispiel hierfür ist die Kombination von zwei Reinmaterialien aus Draht im Directed Energy Deposition (DED)-Prozess, um verbesserte Materialeigenschaften zu erzielen, ohne angepasste Rohmaterialien einzusetzen.
Zukunftsperspektiven
Die additive Fertigung steht vor der Herausforderung, die Materialvielfalt zu erweitern und Prozesse zu optimieren. Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit und innovative Ansätze können neue Materialien entwickelt werden, die den spezifischen Anforderungen verschiedener Industrien gerecht werden. Die kontinuierliche Forschung und Entwicklung in diesem Bereich wird entscheidend sein, um die Potenziale der additiven Fertigung voll auszuschöpfen. Die Entwicklung neuer Pulver für die additive Fertigung ist ein komplexer und zeitaufwändiger Prozess, der jedoch essenziell für den Fortschritt in diesem Bereich ist. Durch enge Kooperationen zwischen Forschungseinrichtungen und Industrie sowie innovative Ansätze können maßgeschneiderte Materialien entwickelt werden, die den spezifischen Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht werden. Die kontinuierliche Weiterentwicklung und Optimierung von Materialien und Prozessen wird die additive Fertigung in Zukunft weiter vorantreiben und neue Möglichkeiten eröffnen.
