Pastenunterstützte Hybridverfahren. Ein Ansatz zur additiven Multimaterialverarbeitung

Zur Ausschöpfung des Potenzials der additiven Fertigung zur Herstellung hochintegrierter Funktionssysteme sind automatisierbare Prozesse zur Multimaterialverarbeitung mit Hilfe der etablierten pulverbettbasierten Prozesse notwendig. Mittels Laserstrahlschmelzen (LBM) werden bisher vorrangig Materialvariationen in Aufbaurichtung vorgenommen. Das Einbringen eines anderen pulverförmigen Materials erfolgt durch nachfolgendes Aufrakeln oder eine Prozessunterbrechung, das Entfernen des Pulvers sowie die Neubeschichtung mit dem zweiten Pulver erfolgen [SIN-2015, ALJ-2008, REG-2007, OTT-2012]. Eine Durchmischung der Pulverwerkstoffe während und insbesondere nach dem Schichtaufbau lässt sich jedoch nicht verhindern. Diese Pulver werden für weitere Bauprozesse unbrauchbar. Materialkombinationen in der Bauebene sind bisher nicht umfassend realisierbar. Im Sinne einer automatisierten und wirtschaftlichen Fertigung wird daher weitestgehend auf Materialkombinationen verzichtet. Zur Lösung dieses Problems wurde ein in eine LBM-Anlage integrierbares System bestehend aus mechanischen Pastendispensern und einer Absaugeinheit entwickelt. Mittels LBM wird zunächst eine Kavität erzeugt, das darin befindliche Pulver entfernt und ein pastöses Zweitmaterial eingebracht. Die thermische Aktivierung der Paste erfolgt durch die Bauplattformheizung sowie den Laserstrahl. Die zum System gehörige entwickelte Software erlaubt die manuelle, aber auch die ablaufgesteuerte Bewegungsführung des Systems. Ein hoher Automatisierungsgrad wird somit bereits in der Entwicklungsphase beachtet. Eine potenzielle Anwendung für diesen Prozess ist die Erweiterung der Möglichkeiten der konturnahen Kühlung im Werkzeugbau. In filigranen Bereichen eines Werkzeugeinsatzes, die nicht mit einem Kühlkanal versehen werden können, wird ein Kupfereinsatz zur erhöhten Wärmeleitung eingebracht. Langfristig können mit dem Prozess auch isolierte Leiterbahnen in Metallbauteilen hergestellt werden, da Pasten mit verschiedenen Füllmaterialien erhältlich und verarbeitbar sind.