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Materialprüfung zur Verifizierung mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Bauteilen

16.12.2019

Die Herstellung additiv gefertigter Werkstücke erweitert signifikant die Möglichkeiten des Wissenschaftlichen Gerätebaus, Kundenanforderung an Design und Funktionsumfang umzusetzen. Das Laser-Pulverbettverfahren mit den Grundwerkstoffen Polyamid (PA12), Edelstahl (X2CrNiMo17-12-2 / 1.4404), Aluminiumlegierung (AlSi10Mg0,5 / 3.2381) und Titanlegierung (TiAl6V4 / 3.7164) erlauben u.a. die Integration von innenliegenden Strukturen wie Kühlkanälen, strömungsbeeinflussenden Strukturen (Diffusoren) oder Sensoren.

Es ist allerdings stets zu beachten, dass die mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Werkstücken aufgrund der wechselnden Eigenschaften des verwendeten Pulvers sowie von systeminhärenten Fertigungsfehlern nicht mit denen zertifizierten Bulkmaterials gleichzusetzen sind. Bei letzterem ist die Spanne der Abweichungen von den mittleren mechanischen Materialeigenschaften deutlich geringer als bei additiv gefertigten Werkstücken. Deswegen sind diese Eigenschaften bei mechanisch belasteten und sicherheitsrelevanten Bauteilen regelmäßig zu überprüfen. Dies gilt umso mehr, je geringer im Konstruktionsprozess die Sicherheitsaufschläge gewählt werden müssen.

Da die gefertigten Originalteile keinen zerstörenden Prüfungen unterworfen werden können, werden parallel zur Fertigung des Originalteiles standardmäßig genormte Testteile in unmittelbarer Nähe des Werkstückes mit identischen Fertigungsparametern (Pulver, Laserleistung, Fertigungswinkel unter Berücksichtigung der Lastrichtung,…) hergestellt und mechanischen Prüfungen unterworfen (Zug-, Druck-, Biegeprüfungen). Im Wissenschaftlichen Gerätebau wird deswegen auf der Basis einer Materialprüfmaschine (ZwickRoell Z010/TE) sowie weiterer optischer und taktiler Untersuchungen eine Qualitätssicherung durchgeführt, die die Funktionsfähigkeit und Sicherheit der additiv gefertigten Bauteile sicherstellt.


Abb.: Links: Herausgearbeitete Volumendefekte eines bearbeiteten, additiv gefertigten Bauteils; Mitte: Topographie der Volumendefekte, rechts: Materialprüfung einer additiv gefertigten Zugprobe