Innovation in 3D: Laser Powder Bed Fusion

Ein innovatives 3D-Druckverfahren bricht traditionelle Fertigungsgrenzen auf und eröffnet ungeahnte Möglichkeiten in Bereichen von der Luft- und Raumfahrt bis hin zur Medizintechnik: das Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Tim Lantzsch vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT erklärt im Interview aktuelle Anwendungen dieser vielversprechenden additiven Fertigungstechnologie.

Herr Lantzsch, was genau ist Laser Powder Bed Fusion und wo liegen die Vorteile?

Tim Lantzsch: Im Kern geht es darum, Materialien, sei es Polymer oder Metall, in Pulverform Schicht für Schicht mittels eines hochpräzisen Laserstrahls zu schmelzen und so komplexe Bauteile zu erzeugen. Dieses Verfahren, das ursprünglich als Selective Laser Melting oder Selektives Laserstrahlschmelzen bekannt war, ermöglicht es uns, Bauteile mit komplizierten Innenstrukturen, wie beispielsweise Gittern oder Hinterschnitten, herzustellen, die mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur mit erheblichem Aufwand herstellbar wären. Die Präzision des Lasers ermöglicht eine unvergleichliche Detailtreue und Geometriefreiheit.

Welche konkreten Anwendungsbereiche gibt es für diese Technologie?

Lantzsch: LPBF findet in einer Vielzahl von Branchen Anwendung, vor allem dort, wo komplexe Bauteile mit spezifischen Eigenschaften gefragt sind. Ein bedeutender Bereich ist die Luft- und Raumfahrtindustrie, in der es auf Leichtbauweise, optimierte Strömungsführungen und die Fähigkeit, extremen Temperaturen standzuhalten, ankommt. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die Medizintechnik.

Hier ermöglicht die Technologie die Fertigung von maßgeschneiderten Implantaten und Prothesen, wie etwa Hüft- und Kniegelenken, die exakt an die anatomischen Gegebenheiten des Patienten angepasst sind. Dies verbessert nicht nur die Verträglichkeit und die Funktionalität, sondern auch die Integration des Implantats in das Körpersystem.

Wie steht es hier um das Materialspektrum und die aktuellen Forschungsansätze im Additive Manufacturing allgemein?

Lantzsch: Das Materialspektrum im Bereich des Additive Manufacturing erweitert sich kontinuierlich. Unser Ziel ist es, Materialien zu entwickeln, die sowohl leichter als auch widerstandsfähiger sind. Besonders im Fokus stehen dabei Materialien für den medizinischen Bereich, die eine hohe Biokompatibilität aufweisen, wie Titan, Tantal, Magnesium und Zink.

Diese Materialien bieten nicht nur die erforderliche mechanische Stabilität, sondern auch Eigenschaften, die eine optimale Integration in den menschlichen Körper ermöglichen. Im Bereich der Forschung und Entwicklung streben wir danach, die Verarbeitbarkeit dieser Materialien weiter zu verbessern und die Herstellungskosten zu senken, um diese fortschrittlichen Verfahren für ein breiteres Spektrum an Anwendungen zugänglich zu machen.

Inwieweit trägt Künstliche Intelligenz zur Optimierung von LPBF bei?

Lantzsch: Künstliche Intelligenz spielt eine zunehmend wichtige Rolle in der Optimierung und Automatisierung des Laser Powder Bed Fusion-Prozesses. Einerseits wird KI in der Qualitätssicherung eingesetzt, um aus den während des Druckprozesses gesammelten Daten Qualitätsvorhersagen zu treffen. Dies kann die Notwendigkeit manueller Inspektionen reduzieren und die Zuverlässigkeit der produzierten Bauteile erhöhen.

Andererseits arbeiten wir an der Entwicklung von KI-gestützten Design-Tools, die es ermöglichen, Bauteile vollautomatisch zu konstruieren. Diese Tools berücksichtigen nicht nur die spezifischen Anforderungen an das Bauteil, sondern auch die optimale Nutzung der Materialien und des Druckprozesses, was zu innovativen und effizienten Lösungen führt.

Welche Herausforderungen und Entwicklungen sehen Sie für die Zukunft der Laser Powder Bed Fusion und des Additive Manufacturing allgemein?

Lantzsch: Eine der größten Herausforderungen liegt in der Skalierung des Verfahrens – wie wir es schneller, kostengünstiger und für ein breiteres Spektrum an Materialien und Anwendungen zugänglich machen können. Dazu gehört auch die Weiterentwicklung der KI-Technologien, um Design und Qualitätssicherung weiter zu verbessern.

Ein weiteres wichtiges Thema ist die Ausbildung und Weiterbildung von Fachkräften in diesem Bereich. Wir benötigen eine neue Generation von Ingenieuren und Technikern, die in der Lage sind, das volle Potenzial der additiven Fertigung auszuschöpfen, von der Konzeption bis hin zur Produktion.

Abschließend ist die Integration dieser Technologien in bestehende Fertigungsprozesse eine Herausforderung, die es zu meistern gilt, um die Vorteile der additiven Fertigung vollständig nutzen zu können.