Nutzung punktgenauer Belichtungsstrategien für die Herstellung metallischer Metamaterialien aus NiTi-Formgedächtnismaterial

Im Bereich der regelbaren, funktionellen Werkstoffe kommt den NiTi-Formgedächtnis-legierungen (FGL) aufgrund des geringen Gewichts bei gleichzeitig hoher Energiedichte eine bedeutende Rolle für industrielle Anwendungen (z. B. Medizintechnik) zu. Die Herstellung von NiTi-FGL-Bauteilen mit vorab definierten Formgedächtniseigenschaften unterliegt einer Vielzahl von Herausforderungen. Die schwierige Verarbeitung von NiTi (Sauerstoffaffinität, Materialbearbeitung) zu endkonturnahen Bauteilen hat maßgeblich dazu geführt, dass die Nutzung additiver Fertigungstechnologien für ihre Herstellung intensiv vorangetrieben wurde. In besonderem Maße eignet sich das Laserstrahlschmelzen (Laser Beam Melting - LBM) für die Herstellung von Gitterstrukturen oder individualisierten Bauteilgeometrien. Nach wie vor besteht bei der Herstellung komplexer Probenkörper mittels LBM hoher Verbesserungsbedarf hinsichtlich der resultierenden Oberflächen (Pulveranhaftungen) und der Fertigung von Gitterstrukturen mit geringer sowie gleichmäßiger Stabstärke. Mit der vorliegenden Arbeit konnte die Fertigung von superelastischen Gitterstrukturen aus NiTi durch Nutzung einer Quasi-Punkt-Belichtungsstrategie realisiert und die Herstellung metallischer Metamaterialien mit angepassten Eigenschaften ermöglicht werden. Neben der Anpassung der wichtigsten Strahlparameter wie Laserleistung und Scangeschwindigkeit lag der Fokus auf der Verwendung unterschiedlicher Belichtungsabfolgen (Linien- und Kreuzbelichtung, Variation der Scanvektorlänge), um besonders gleichmäßige Stabdurchmesser mit einer geringen Anzahl an Pulveranhaftungen zu fertigen. Mit der Nutzung der Quasi-Punkt-Belichtungsstrategie ergeben sich neue Möglichkeiten für die Fertigung von filigranen NiTi-Strukturen auf konventionell verfügbaren LBM-Anlagen. Die Stabstärken lassen sich über die sonst üblichen Fertigungsgrenzen hinaus variieren, wodurch die mechanischen Eigenschaften am Beispiel von pseudoelastischen Funktionsdemonstratoren weitreichend angepasst werden können.