Integration magnetischer Funktionalitäten in laserstrahlgeschmolzene Metallkomponenten für neuartige sensorische Anwendungen

Die additive Fertigung metallischer Strukturbauteile mittels Laserstrahlschmelzen wird heutzutage technisch für verschiedene Werkstoffe sicher beherrscht. Dagegen steckt die entsprechende Verarbeitung von Funktionsmaterialen bisher noch in einer grundlegenden Erkundungsphase. Zusätzlich bleibt die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe wegen der bisher nicht ausgereiften Multimaterialkonzepte ungelöst, wodurch sich die Funktionalisierung additiv gefertigter Strukturbauteile im Prozess schwierig gestaltet. Ein alternativer Ansatz besteht als Komponentenintegration [1] im Einsetzen aktiver Bauteile über eine ""pick and place""-Methode in die additiv gefertigten Bauteile während einer Unterbrechung des Bauprozesses. So lassen sich Thermoelemente in additiv gefertigten Werkzeugen [2] oder neuartige Sensor-Aktor-Systeme in medizinischen Implantaten [3] umsetzen. Derartige Integrationskonzepte sind auf Verkabelungen angewiesen oder weisen eine zu geringe thermische Belastbarkeit auf, wodurch eine anschließende Wärmehandlung nicht mehr möglich ist. Im vorliegenden Fall wird ein Konzept für die Realisierung einer magnetischen Funktionalisierung vorgestellt. Hierfür werden Nd-Fe-B-Sintermagnete in nichtmagnetische Bauteile des Werkstoffs 1.4404 (X2CrNiMo17-13-2) mittels Laserstrahlschmelzen integriert. Die werkstoffseitigen Besonderheiten der Prozessführung für eine bestmögliche Anbindung an den Magneten werden betrachtet und die Gefügeentwicklung im Magneten sowie im Übergangsbereich zwischen Magnet und Stahl diskutiert. Zusätzlich wird speziell auf die Wechselwirkung zwischen dem Laser und dem hartmagnetischen Material eingegangen. Im Weiteren werden die resultierenden magnetischen Eigenschaften bezüglich ihrer Abhängigkeit von den gewählten Prozessparametern sowie ihre denkbare Anwendung in Sensoranwendungen diskutiert. Die Möglichkeit einer anschließenden Wärmebehandlung der integrierten Funktionsgruppe bis 1000°C wird demonstriert, wodurch das Integrationskonzept auch auf Werkstoffe mit anschließender Wärmebehandlung übertragbar ist.