ResearchAdditive Fertigung
Maßgeschneiderte Magnesiumlegierung für das selektive Laserschmelzen: Werkstoffentwicklung und Prozessmodellierung

Maßgeschneiderte Magnesiumlegierung für das selektive Laserschmelzen: Werkstoffentwicklung und Prozessmodellierung

Year:  2022
Funding:  DFG - SPP 2122
Duration:  01/2022-12/2024

Die additive Fertigung, im speziellen das Laser-Pulverbettverfahren (PBF-LB), gewinnt in der Herstellung von Metallbauteilen eine immer größere Bedeutung. Aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche spielt die Dicke der Oxidschicht und deren Eigenschaften im Vergleich zum Metall eine große Rolle. Magnesium (Mg) hat in Anbetracht seines sehr geringen Siedepunkts eine sehr stabile und hochschmelzende Oxidschicht. Diese kann daher nur durch sehr hohe Laserleistungen aufgebrochen werden, was zum einen zum Verdampfen des metallischen Magnesiums und zum anderen zum Herausstoßen einzelner Partikel aus dem Schmelzbad führen kann. Daher wird Mg im PBF-LB-Verfahren noch nicht zu hochqualitativen Bauteilen verarbeitet.

Ziel des Projekts

Im Rahmen dieses Nachfolgeprojektes zum DFG-Schwerpunktprogramm 2122 soll die spezielle Mg-Legierung für die additive Fertigung weiterentwickelt werden. Die bisherigen Arbeiten haben gezeigt, dass Seltene Erden die Prozessierbarkeit von Mg grundsätzlich verbessern, insbesondere aber eine Reduktion der Oxidschichtdicke positiven Einfluss auf die Prozesseigenschaften ausübt. Das Legierungselement Strontium (Sr) führt zu einer Reduktion der Oxidationsrate, ohne selbst MgO zu reduzieren. Dies führt dazu, dass Mg voraussichtlich mit wesentlich geringeren Laserleistungen verarbeitet werden kann und daher weniger Mg-Metall verdampft. Der positive Einfluss von Sr auf die Prozessierbarkeit soll in diesem Nachfolgeprojekt näher ergründet werden und gleichzeitig soll durch weitere Legierungselemente mit hoher Biokompatibilität, wie z.B. Calcium und Zirkonium, sichergestellt werden, dass die modifizierte Legierung sowohl die Anforderungen an die Festigkeit als auch die Verträglichkeit von resorbierbaren Werkstoffen für mit additiven Verfahren hergestellte Implantate erfüllt.