Werkstoffdesign für die additive Fertigung

Dieser noch wenig verbreitete Ansatz des modernen, simulationsgestützten und physikbasierten Werkstoffdesigns für die additive Fertigung eröffnet neue Möglichkeiten, Entwicklungszeiten deutlich zu verkürzen, Prozesse gezielt zu steuern und Werkstoffe präzise an spezifische Anforderungen anzupassen. Im Mittelpunkt steht ein systematisches Vorgehen, das Material-, Prozess- und Bauteilebene eng miteinander verknüpft. Ein zentraler Bestandteil ist die Herstellung und Analyse metallischer Pulver. Verschiedene Atomisierungsmethoden und Qualitätskriterien wie Partikelgrößenverteilung, Fließfähigkeit und chemische Zusammensetzung werden vorgestellt und im Hinblick auf ihre Auswirkungen auf die Prozessstabilität bewertet. Darauf aufbauend werden die Anlagenarchitektur und Prozessparameter des selektiven Laserstrahlschmelzens (PBF-LB/M) erläutert. Die Teilnehmenden lernen, wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit oder Bauteilorientierung gezielt eingesetzt werden können, um Porosität, Mikrostruktur und Oberflächengüte zu steuern. Im nächsten Schritt folgt die Einführung in das mechanistische Werkstoffdesign, das die klassische Trial-and-Error-Entwicklung durch einen wissensbasierten Ansatz ersetzt. Methoden wie CALPHAD, thermodynamische Modelle und FEM-Simulationen dienen anwendungsnah zur digitalen Vorhersage von Mikrostrukturen und Ermüdungseigenschaften. Grafische und hierarchische Werkstoffdesign-Ansätze unterstützen dabei, konkurrierende Anforderungen zu visualisieren und systematisch auszubalancieren. Ergänzend werden digitale Zwillinge und Machine-Learning-Methoden vorgestellt, die Entwicklungsprozesse zusätzlich beschleunigen und neue Optimierungsmöglichkeiten eröffnen. Fallstudien aus der industriellen Praxis zeigen die erfolgreiche Anwendung dieses Ansatzes, unter anderem bei Tesla, SpaceX und Apple, die ihn nutzen, um maßgeschneiderte Werkstoffe für anspruchsvolle Anwendungen zu entwickeln. Teilnehmende erhalten dadurch ein umfassendes Verständnis für modernes Werkstoffdesign in der additiven Fertigung – von der Pulverherstellung über die Prozessauslegung bis zur Simulation und industriellen Umsetzung.