Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Selektives Lasersintern von Keramik

20.09.2000


Verfahrensablauf bei der

Porzellanherstellung durch Lasersintern


Wechselwirkungen Laserstrahl -

Porzellanpulver


... mehr zu:
»Laserstrahl
Die Professur für Ingenieurkeramik des Institutes für Nichtmetallische Werkstoffe der TU Clausthal präsentiert auf der internationalen Fachmesse Ceramitec vom 17. bis 21. Oktober 2000 in
München Ergebnisse aktueller Forschungsvorhaben zum selektiven Lasersintern von Keramik.

Die Professur für Ingenieurkeramik (Prof. Dr.-Ing. Jürgen G. Heinrich) des Institutes für Nichtmetallische Werkstoffe der TU Clausthal präsentiert auf der internationalen Fachmesse Ceramitec vom 17. bis 21. Oktober 2000 in München Ergebnisse aktueller Forschungsvorhaben zum selektiven Lasersintern von Keramik.

Die Herstellung keramischer Prototypen ist bislang mit viel Handarbeit verbunden und daher zeitaufwendig. Das neue Verfahren, gegenwärtig in der Entwicklungsphase befindlich, wird den Aufwand der Modell- und Formenherstellung drastisch verringern.

Für dieses Ziel werden zunächst mit dem 3D-CAD-System Unigraphics Modelle im Rechner erstellt, in Schichten geschnitten und als NC-Datensatz exportiert. Dafür finden Standard-Programm-Module Anwendung. In den Lasersinteranlagen werden diese Datensätze von einem eigens programmierten Post-Prozessor weiterverarbeitet und zum sukzessiven Aufbau von keramischen Prototypen verwendet.

Das angestrebte Verfahren hat mit den meisten Lösungsansätzen des Rapid Prototyping den schichtweisen Aufbau des Bauteils gemeinsam. Dazu wird das Pulver in einer Lage von wenigen Zehntelmillimetern Dicke auf einen Objekttisch aufgebracht. Anschließend wird die Schichtinformation des herzustellenden Bauteils mit dem Laser selektiv auf der Pulverschicht abgebildet. Der Tisch fährt um eine Schicht-dicke nach unten, eine weitere Pulverlage wird aufgetragen und der Laserprozess beginnt von neuem.

Nach Abbildung aller Schichten kann der Prototyp aus dem Prozessraum herausgenommen und gegebenenfalls weiteren Behandlungsschritten, dem finishing, unterzogen werden. Im Fall der Porzellanherstellung wird es sich dabei um eine Nachsinterung zur weiteren Verdichtung und Verfestigung des Scherbens sowie um die Glasierung des Bauteils handeln.

Im Rahmen der erwähnten Arbeiten sollen nicht nur technologische Aspekte, sondern auch die Wechselwirkungen von Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge mit verschiedenen keramischen Werkstoffen durch Parameterstudien untersucht werden. Um ein möglichst breites Anwendungsspektrum abzudecken, kommen dabei zwei unterschiedliche Sinteranlagen mit verschiedenen Lasern - CO2 und Nd:YAG - zur Anwendung.

Neben der bereits erwähnten Methode - Bauteilaufbau mit einem fahrbaren Objekttisch und lagenweise diskontinuierlicher Pulverzuführung - wird eine weitere Methode mit kontinuierlicher Pulverzuführung angewandt. Kernstück der Anlage ist ein Roboterarm, der in einem speziellen Kopf einen Lichtwellenleiter und eine pneumatische Pulverzuführung kombiniert. Durch diese Anordnung treffen Laserstrahl und keramisches Pulver in einer Düse aufeinander und die Wechselwirkungen finden statt, bevor das Material die Düse verlässt.

Im Vergleich zur Verwendung von Verfahreinheiten für das Pulverbett ist es mit dem wesentlich flexibler einsetzbaren Roboter möglich, Bewegungen des Laserstrahls nebst Pulverzuführung frei im Raum durchzuführen und somit kompliziert geformte monolithische keramische Bauteile herzustellen oder verschiedenste Bauteilgeometrien mit keramischem Material zu beschichten.

Im Gegensatz zu konventionellen Herstellungsverfahren werden beim Lasersintern die Aufheiz- und Abkühlvorgänge des Materials wesentlich beschleunigt. Die sich daraus ergebenden Unterschiede im Materialverhalten sind Gegenstand der laufenden Untersuchungen.

Die Ankopplung des Laserstrahls an die Materie vollzieht sich innerhalb einer Eindringtiefe bis annähernd zum doppelten seiner Wellenlänge und somit innerhalb eines Bruchteils der eigentlichen Schichtdicke. Alle weiteren das Pulver verfestigenden Prozesse werden demzufolge nur aufgrund von Wärmeleitprozessen innerhalb der Schüttung ausgelöst.

Beim schichtweisen Aufbau eines Bauteils mit Schichtdicken von teilweise unter 100 µm wird in der Regel eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Laserstrahl und Materie gewählt, damit der Energieeintrag nicht zu hoch wird. Daraus ergeben sich Laser-Stoff-Wechselwirkungszeiten von wenigen µs. Diese Beziehungen werden im Rahmen einer Kooperation mit dem Physikalischen Institut eingehend untersucht. Dabei steht nicht die Wechselwirkung eines kompakten homogenen Werkstoffs mit Laserstrahlung, sondern vielmehr die Wechselwirkung einzelner Pulverpartikel bzw. einer losen Pulverschüttung mit dem Laserstrahl im Vordergrund. In der Kooperation der beiden Institute soll ein mesoskopisches Modell zur Beschreibung der Strahl-Pulver-Wechselwirkung entwickelt werden.


Weitere Informationen:
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Heinrich
Institut für Nichtmetallische Werkstoffe
Tel. +49-(0)-5323-72 2354
Fax:+49-(0)-5323-72-3119
e-mail: heinrich@naw.tu-clausthal.de
Zehntnerstraße 2A
38678 Clausthal-Zellerfeld

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Jochen Brinkmann |

Weitere Berichte zu: Laserstrahl

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht SYSTEMS INTEGRATION 2018 in der Schweiz thematisiert Bausteine für die industrielle Digitalisierung
20.11.2017 | IVAM Fachverband für Mikrotechnik

nachricht IHP präsentiert sich auf der productronica 2017
17.11.2017 | IHP - Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

Raumfahrtkolloquium: Technologien für die Raumfahrt von morgen

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wasserkühlung für die Erdkruste - Meerwasser dringt deutlich tiefer ein

21.11.2017 | Geowissenschaften

Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern

21.11.2017 | Physik Astronomie

Zentraler Schalter

21.11.2017 | Biowissenschaften Chemie