3D-Druck Verklammerungsstrukturen verbessern Schichthaftung und Anbindung

Redakteur: Simone Käfer

Das Fraunhofer IWS Dresden setzt bei der Übergangsstelle zwischen Metall und Keramik oder Metall und Kunststoff auf Verklammerungsstrukturen. Die additiv gefertigten Mikrostrukturen ermöglichen im späteren Einsatz eine mechanisch hochbelastbare Verbindung zwischen den Fügepartnern.

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Das Fraunhofer IWS hat eine Verklammerungsstruktur (oben) zur hochbelastbaren Verbindung von Metall- und Kunststoff (unten) entwickelt. Das Geheimnis: 3D-Druck.
Das Fraunhofer IWS hat eine Verklammerungsstruktur (oben) zur hochbelastbaren Verbindung von Metall- und Kunststoff (unten) entwickelt. Das Geheimnis: 3D-Druck.
(Bild: Fraunhofer IWS)

Die Verklammerungsstrukturen werden direkt auf dem metallischen Substrat additiv durch eine Vielzahl übereinanderliegender Schweißraupen hergestellt. Mit Hilfe des Hochpräzisionslaser-Pulverauftragschweißens ist es möglich, sowohl auf rotationssymmetrische oder ebene Substrate als auch auf Freiformflächen präzise Strukturen mit einem hohen Gestaltungsspielraum reproduzierbar, prozesssicher, schnell und wirtschaftlich zu applizieren.

Die mit derartigen Mikrostrukturen versehene Metalloberfläche kann anschließend mit Kunststoff oder mit Keramik überzogen werden. Für eine möglichst gute Durchdringung des Kunststoffs oder der Keramik wurde die Geometrie der Mikrostruktur mit CAD/CAM-Werkzeugen angepasst. Auf diese Weise lässt sich der Werkstoffverbund anpassen und der Herstellungsprozess optimieren.

Auch metallische Strukturen sind möglich

Auch unterschiedliche metallische Werkstoffe, die entsprechend der notwendigen Belastungen im Einsatzfall angepasst sind, können für den additiven Aufbau der Mikrostrukturen eingesetzt werden. Selbst die Variation der Werkstoffzusammensetzung, beispielsweise für den Aufbau von Gradienten, ist in Dimensionen bis hin in den zweistelligen Mikrometerbereich möglich. Direkt auf die generierten Strukturen lassen sich gegebenenfalls funktionale Elemente weiter generativ aufbauen.

Trotz der geringen Dimensionen weisen die Mikrostrukturen einen porenfreien metallurgischen Werkstoffverbund auf. Durch die sukzessive Weiterentwicklung von Prozessen und Systemen sowie begleitenden Maßnahmen zur Qualitätssicherung wird die Technik heute erfolgreich in zivilen Strahltriebwerken der neuesten Generation eingesetzt.

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