Internationales Projekt abgeschlossen

Barbara Schick,

32 Labore forschten zum 3D-Druck mit Pulvern

Eines der verbreitetsten industriellen 3D-Druckverfahren ist die Laser-Pulverbettfusion. Sie wird vor allem für komplexe, hochbelastbare Bauteile in Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und im Werkzeugbau eingesetzt. Mehr als sechs Jahre haben Forschende unter Leitung der Universität Duisburg-Essen an besseren Verfahren und Pulvern geforscht. In diesem Jahr wurde das von der DFG geförderte Schwerpunktprogramm Werkstoffe für die Additive Fertigung erfolgreich beendet. Die Ergebnisse bieten eine besondere Referenz für Wissenschaft und Industrie. Sie sind frei zugänglich – über Daten der groß angelegten Studie und in einem Special Issue der Zeitschrift Advanced Engineering Materials.
Am Tisch mit der Lasertechnik präsentiert Max Stutzenberger, Wissenschaftler im Team von Dr. Anna Ziefuß, einen Fünf-Liter-Kolben mit lasergeneriertem Goldkolloid. Die tiefrote Suspension dient später dazu, ein Pulver für das Laser-Pulverbettschmelzen (LPBF) mit einer ultradünnen Schicht aus Goldnanopartikeln zu überziehen. © UDE/Dr. Anna Ziefuß

Bei der Laser-Pulverbettfusion (LPBF) werden mit einem Laser dünne Schichten aus Metall- oder Polymer-Pulver gezielt aufgeschmolzen. So entsteht Schicht für Schicht das jeweilige Bauteil. Um hierbei Werkstoffe und additive Verfahren systematisch zu verbessern und zu standardisieren, hatte die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) 2019 das Schwerpunktprogramm SPP 2122 eingerichtet. Unter der Leitung von Prof. Dr. Stephan Barcikowski, Technische Chemie der Universität Duisburg-Essen (UDE), forschten seither mehr als 30 Teams für dieses Projektziel in verschiedenen Bereichen – angefangen von maßgeschneiderten Metall- und Polymer-Ausgangspulvern über die Funktionalisierung mit Nanopartikeln bis hin zur detaillierten Prozesscharakterisierung.

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Vergleichbare Daten über verschiedene Materialklassen hinweg

Dabei ist durch diese Studie nach Angaben der Universität Duisburg-Essen der größte offene Datensatz seiner Art entstanden: 32 internationale Labore fertigten – standardisiert – Bauteile aus metallischen und polymeren Pulvern mit und ohne Nanopartikel-Modifikationen, um den Einfluss von Materialeigenschaften, Maschinenparametern und Prozessführung systematisch zu vergleichen. Ergebnisse der Studie sind im Special Issue Materials for Additive Manufacturing bereits veröffentlicht. "Die Interlabor-Studie ist ein Meilenstein für Wissenschaft und Industrie, denn sie liefert erstmals weltweit vergleichbare Daten zu hochkomplexen Fertigungsprozessen über verschiedene Materialklassen hinweg", sagt Dr. Anna Ziefuß, Leiterin der Arbeitsgruppe Oberflächenchemie und Laserbearbeitung an der UDE. "Die Ergebnisse der Studie, zusammen mit den Beiträgen im Special Issue, bieten Einblicke in die gesamte Prozesskette – vom Materialdesign und den Partikeleigenschaften bis zur finalen Bauteilperformance."

Auf Basis der Ergebnisse lassen sich verlässliche Standards entwickeln, Prozesse gezielt optimieren und neue Materialien schneller in die Anwendung bringen. "Unser Ziel war es, sowohl grundlegendes Verständnis als auch praktische Lösungen zu präsentieren – und beides vollständig Open Access", so Ziefuß. Das ist gelungen: Die Daten der Studie sollen ab dem 10. November 2025 verfügbar sein, die Publikation ist bereits erschienen und in voller Länge zugänglich.

Publikation:
Kuşoğlu, I.M., Garg, S., Abel, A., Balachandran, P.V., Barcikowski et al. (2025), Large-Scale Interlaboratory Study Along the Entire Process Chain of Laser Powder Bed Fusion: Bridging Variability, Standards, and Optimization across Metals and Polymers. Adv. Eng. Mater., 27:2402930. DOI:10.1002/adem.202402930

Special Issue: Materials for Additive Manufacturing:Advanced Engineering Materials: Volume 27, Issue 14; www.advanced.onlinelibrary.wiley.com/toc/15272648/2025/27/14

Quelle: Universität Duisburg-Essen

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