Generative Fertigung

Das Laserauftragschweißen ist ein industriell etabliertes Verfahren mit Schwerpunkt der Bauteilbeschichung oder Reparatur und zählt mit zu den additiven Fertigungstechnologien im Metallbereich. Hierbei wird lokal mithilfe eines Lasers ein Schmelzbad auf dem Bauteil erzeugt in das ein Zusatzwerkstoff in Form eines Drahtes oder als Pulver eigebracht wird. Die Aneinanderreihung der entstehenden Schweißraupen bilden eine Schicht.
Neben Reparatur und Beschichtungsprozessen können auch 3D Strukturen generiert werden mit einer hohen Aufbaurate. Mithilfe des Lasers können sehr hohe Temperaturen erreicht werden, sodass Metalle wie Titan und Wolfram aufgeschmolzen und zu komplexen Bauteilen verarbeitet werden können. Durch das Kombinieren von zugeführten elementaren Metallen können im Prozess neue Legierungszusammensetzungen und Gradienten erzeugt werden wie bspw. Hochentropielegierungen (HEA) von refraktären Elementen.

• H. Dobbelstein, E. P. George, E. L. Gurevich, A. Kostka, A. Ostendorf, und G. Laplanche, „Laser metal deposition of refractory high-entropy alloys for high-throughput synthesis and structure-property characterization“, International journal of extreme manufacturing, Bd. 3, Nr. 1, Art. Nr. 015201, Dez. 2020, doi: 10.1088/2631-7990/abcca8
• D. Dillkötter, M. Thiele, J. Stoppok, H. Dobbelstein, C. Esen, und M. Mönnigmann, „Model-based pyrometer alignment method for additive manufacturing by laser metal deposition“, in 11th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering, Neapel, Sep. 2020, Bd. 67, S. 436–440. doi: 10.1016/j.procir.2020.09.160

Prof. Dr.-Ing. Cemal Esen, Raum ID 05/643, Tel. 0234 / 32 25697, E-Mail: cemal.esen@ruhr-uni-bochum.de

Das selektive Laserstrahlschmelzen ist ein schichtbasierter Bauprozess in einem Pulverbett. Die 30-100 µm Pulverschicht wird auf einer Bauplattform zunächst auf gerackelt und die Kontur das Bauteils anschließend mittels Laser belichtet. Dieser Prozess wird bis zum fertigen Bauteil sequenziell wiederholt. Mit dieser werkzeuglosen Methode ist die Fertigung von beliebig komplexen Freiformflächen an Bauteilen möglich, mit einem hohem Individualisierungsgrad.
Dies ermöglicht das Drucken von dreifach periodisch minimalen Oberflächen (TPMS) Strukturen. Die aus TPMS Einzelzellen bestehenden Bauteile werden hinsichtlich ihrer Oberfläche und den mechanischen Eigenschaften hin untersucht.

• A. Röttger u. a., „Microstructure and mechanical properties of 316L austenitic stainless steel processed by different SLM devices“, The international journal of advanced manufacturing technology, Bd. 108, Nr. 3, S. 769–783, Juli 2020, doi: 10.1007/s00170-020-05371-1
• C. Hardes, F. Pöhl, A. Röttger, M. Thiele, W. Theisen, und C. Esen, „Cavitation erosion resistance of 316L austenitic steel processed by selective laser melting (SLM)“, Additive manufacturing, Bd. 29, S. 100786, Juli 2019, doi: 10.1016/j.addma.2019.100786

Prof. Dr.-Ing. Cemal Esen, Raum ID 05/643, Tel. 0234 / 32 25697, E-Mail: cemal.esen@ruhr-uni-bochum.de

Kunststoffe (Polymere) gehören zu den meistgenutzten Werkstoffen unseres modernen Lebens. Um ein nachhaltigen Umgang mit diesem Werkstofftyp zu unterstützen, forscht der LAT an neuen Polymeren für die additive Fertigung. Hierbei wird das Verfahren des Laserauftragschweißen genutzt, welches den Umgang und die Fertigung von Bauteilen aus modernsten Polymerpulvern ermöglicht.

• M. Thiele, Y. Kutlu, H. Dobbelstein, M. Petermann, C. Esen, und A. Ostendorf, „Direct generation of 3D structures by laser polymer deposition“, Journal of laser applications, Bd. 33, Nr. 2, Art. Nr. 022002, März 2021, doi: 10.2351/7.0000166.
• Y. L. Wencke, Y. Kutlu, M. Seefeldt, C. Esen, A. Ostendorf, und G. A. Luinstra, „Additive manufacturing of PA12 carbon nanotube composites with a novel laser polymer deposition process“, Journal of applied polymer science, Bd. 138, Nr. 19, Art. Nr. 50395, Dez. 2020, doi: 10.1002/app.50395.
• Y. Kutlu, Y. L. Wencke, G. A. Luinstra, C. Esen, und A. Ostendorf, „Directed Energy Deposition of PA12 carbon nanotube composite powder using a fiber laser“, in 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020], 2020, Bd. 94, S. 128–133. doi: 10.1016/j.procir.2020.09.025.

Yunus Kutlu, M.Sc., Raum ID 05/637, Tel. 0234 / 32 23306, E-Mail: yunus.kutlu@ruhr-uni-bochum.de

Prof. Dr.-Ing. Cemal Esen, Raum ID 05/643, Tel. 0234 / 32 25697, E-Mail: cemal.esen@ruhr-uni-bochum.de

Die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) ist ein aufstrebendes Verfahren der Additiven Fertigung zur Bearbeitung photosensitiver Materialien mit hoher Präzision. Die laserbasierte Technik ermöglicht die Herstellung beliebig komplexer 3D Mikrostrukturen mit hochaufgelösten Struktureigenschaften ohne die Verwendung von Belichtungsmasken oder aggressiven Chemikalien, was so mit keiner anderen vergleichbaren Fertigungstechnik erreicht werden kann. Durch die besonderen Prozesseigenschaften der 2PP ergeben sich somit neue Möglichkeiten zur Erschließung neuer Applikationen für diverse Fachgebiete.
Am LAT wird die 2PP als Herstellungstechnik zur Beantwortung wissenschaftliche Fragestellungen in der Mikrofluidik, Mikrooptik, Photonik und Biomimetik genutzt. Daneben befasst sich der LAT in einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt mit der Entwicklung eines kompakten und kostengünstigen 2PP-Systems.

• G. Zyla u. a., „Structural colors with angle-insensitive optical properties generated by Morpho-inspired 2PP structures“, Applied physics A, Bd. 126, Nr. 9, Art. Nr. 740, Aug. 2020, doi: 10.1007/s00339-020-03931-6.
• G. Zyla u. a., „Two-photon polymerization with diode lasers emitting ultrashort pulses with high repetition rate“, Optics letters, Bd. 45, Nr. 17, S. 4827–4830, Aug. 2020, doi: 10.1364/ol.401738.
• G. Zyla u. a., „Generation of bioinspired structural colors via two-photon polymerization“, Scientific reports, Bd. 7, Nr. 1, Art. Nr. 17622, Dez. 2017, doi: 10.1038/s41598-017-17914-w.

Felix Behlau, M.Sc., Room ID 05/625, Tel. +49 (0)234 / 32 23593, E-Mail: felix.behlau@ruhr-uni-bochum.de

Prof. Dr.-Ing. Cemal Esen, Room ID 05/643, Tel. +49 (0)234 / 32 25697, E-Mail: cemal.esen@ruhr-uni-bochum.de