Infrarotmesstechnik Warum beim 3D-Druck die Temperatur stimmen muss

Der 3D-Druck von Metallen hat in den vergangenen Jahren einen regelrechten Boom erlebt. Speziell das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen eröffnet immer neue Anwendungen. Die Qualität des Druckprozesses hängt aber stark von den richtigen Temperaturen ab.

Seit über 25 Jahren ist das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen oder Laser Powder Bed Fusion (kurz: LPBF) eins der vielversprechendsten Verfahren zur additiven Fertigung von Metallen. Das 1996 am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT entwickelte und patentierte Verfahren eignet sich ideal, um Bauteile mit komplexen Geometrien herzustellen, die mit subtraktiven Methoden nicht möglich wären. Da die Druckqualität aber maßgeblich auf die präzise passende Temperatur angewiesen ist, sind Infrarotkameras wie die von Optris eine wertvolle Ergänzung für das Verfahren.

Schicht für Schicht zum fertigen Bauteil

Das Ausgangsmaterial liegt beim LPBF in Pulverform vor, das in einer dünnen Schicht auf eine Grundplatte aufgebracht wird. Ein Laserstrahl schmilzt anschließend die Bereiche des Pulvers, aus denen das Bauteil entstehen soll. Nach dem Erstarren entsteht so eine feste Materialschicht. In nächsten Schritt wird die Grundplatte abgesenkt und eine weitere Pulverschicht aufgebracht. Der Vorgang wird dann Schicht für Schicht wiederholt, sodass ein dreidimensionales Bauteil entsteht, das nur noch von dem überschüssigen Pulver gereinigt werden muss. Die Schichten sind je nach Anwendungsfall und verwendetem Werkstoff zwischen zehn und 100 Mikrometer dick. Die mit diesem Verfahren gefertigten Bauteile zeichnen sich unter anderem durch eine hohe spezifische Dichte von bis zu 100 Prozent aus, sodass die mechanischen Eigenschaften des Bauteils sich nicht von einem subtraktiv gefertigten Bauteil unterscheiden. Die große Flexibilität, die mit LPBF möglich ist, bringt allerdings auch einen Nachteil mit sich: Die Fertigung ist vergleichsweise langsam. Deswegen wird das Verfahren überwiegend für die Herstellung von Prototypen oder Kleinserien verwendet.