Aufgabenstellung
Multi-Material-Bauteile sind Werkstoffverbunde, welche aus Bereichen unterschiedlicher Werkstoffe mit verschiedenen Eigenschaftsprofilen bestehen. Zu deren additiven Fertigung soll das Verfahren des Laserstrahlschmelzens eingesetzt werden, mit welchem Bauteile beliebiger Geometrie ohne zusätzliche Werkzeuge aus thermoplastischen Pulvermaterialien hergestellt werden können. Bisher ist es nur möglich, Bauteile aus einem einzigen Ausgangsmaterial zu fertigen. Die Herstellung von Multi-Material-Bauteilen kann neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnen, erfordert aber kreative Lösungen zur Weiterentwicklung der Technologie.

Vorgehensweise
Um das Ziel der Herstellung von Multi-Material-Bauteilen zu erreichen, werden neue Pulverauftragsmechanismen sowie Bestrahlungsstrategien untersucht. Die zu untersuchenden Auftragsmechanismen müssen die flexible Präparation von heterogenen Pulverschichten (z. B. verschiedene Thermoplaste) mit klar definierten Trennzonen ermöglichen. Zur Verarbeitung dieser Schichten sind lokal unterschiedliche Vorheiztemperaturen des Pulverbetts und werkstoffangepasste Energieeinträge erforderlich. Dies kann mit einer simultanen, intensitätsselektiven Bestrahlung realisiert werden, wobei ein Mikrospiegel-Array zur Erzeugung der zeitlich und räumlich veränderlichen optischen Leistungsdichten eingesetzt wird.

Ergebnisse
Sehr vielversprechend hat sich der Einsatz von vibrationskontrollierten Düsen gezeigt, mit welchen sehr kleine Pulvermengen mit großer Präzision selektiv aufgebracht werden können. Darüber hinaus wurde ein experimenteller Aufbau zur Untersuchung des elektrophotographischen Pulverauftrags errichtet. Die Energieeinbringung mittels Laserstrahlung in das Pulverbett wird maßgeblich durch das Absorptionsverhalten der Pulver bestimmt. Daher wurden mittels eines Ulbricht-Kugel-Messaufbaus die optischen Eigenschaften von verschiedenen Pulverwerkstoffen bei einer Wellenlänge von 10,6 μm (CO₂-Laserstrahlung) ermittelt. Dies erleichtert eine effiziente Qualifizierung neuer Pulverwerkstoffe für den Laserstrahlschmelzprozess, da die Bearbeitungsparameter gezielt an die optischen Materialeigenschaften angepasst werden können.