Neue Technologien der additiven Fertigung läuten auch im Bereich der Medizin, Medizintechnik und der biomedizinischen Forschung eine neue Ära ein: Über verschiedene Fertigungsverfahren wie lithographische Techniken oder Laser-Sintering ist es bereits jetzt möglich, aus biokompatiblen Materialien entsprechend eines spezifischen Designs und ohne zusätzlich nötige Fertigungsmasken dreidimensionale Implantate in anatomischer oder patienten-individueller Geometrie herzustellen. Großes Potential ergibt sich daraus beispielsweise für Lösungen zu orthopädischen Fragestellungen: Hierzu gehören u.a. die potentielle Korrektur von Fehlbildungen im mund-, kiefer- und gesichtschirurgischen Bereich, der Ersatz größerer Knochendefekte sowie der Ausgleich von kleineren Gelenkdefekten. Letztere beschreiben die Anwendung am Gelenkknorpel-Knochen-Übergang, um Eingriffen zur Implantation einer Totalendoprothese zu entgehen oder diese ggf. hinauszuzögern. Aus diesem Grund finden für entsprechende zukünftige, klinische Konzepte, sowie in den entsprechenden Forschungsbereichen unterschiedlichste Fertigungsmethoden Anwendung. Die additive Fertigung hat nicht nur das Design und die aufbauende Fabrikation von patientenindividuellen Titanimplantaten (Gander et al. 2015) durch Spritzgussverfahren revolutioniert, sondern auch den schnellen Aufbau von Strukturen aus thermoplastischen Polymeren (Probst et al. 2010) und weicheren Materialien durch extrusionsbasierte Techniken ermöglicht. Diese über Rapid Prototyping erhaltenen, individuellen Objekte können im Vergleich zu konventionellen Verfahren sehr schnell und ohne Materialausschuss auch in Kleinserien und Einzelanfertigungen individuell gefertigt werden. Die essentielle Aufgabe für den klinischen Einsatz liegt hier in der Herstellung patientenindividueller Implantate. Allerdings sind die Technologien ebenso hinsichtlich spezifischer Gewebemodelle für forschungsrelevante Fragestellungen, die mittel- bis langfristig zu Erfolgen für die biomedizinische Patientenversorgung beitragen können, von großer Bedeutung. Um hierbei eine Lücke zwischen den individualisierten, bezüglich ihrer äußeren Geometrie spezifisch designten Implantaten und einer intrinsischen Funktionalität zu schaffen, greift die biomedizinische Forschung auf die Kombination von Ansätzen aus dem Tissue Engineering (Langer & Vacanti, 1993) und den Vorteilen der additiven Fertigung sowie der damit verbundenen Konstruktion von anatomischen Geometrien zurück. Das Forschungsfeld und die Methoden der sog. Biofabrikation (Groll et al. 2016; Moroni et al. 2018) bringen die Vorteile und Konzepte dieser doch unterschiedlichen Wissenschaftsfelder zusammen, indem sie biologische Komponenten in den Fabrikationsprozess einbeziehen. [... aus der Einleitung]

Manifolds usually consist of metallic, rectangular base bodies into which lines are inserted by means of drilling, thus logically linking the built-on or built-in valves according to the hydraulic circuit diagram. Using additive manufacturing methods, additional degrees of freedom can be used in the design of manifolds, resulting in further benefit in hydraulic drives and their controls. The challenge is not only to understand and apply additive manufacturing technology, but also to align the entire value chain with it.

Kupferbasierte Legierungen mit Formgedächtniseffekt (z.B. Cu-Al-Ni-Mn) sind vergleichsweise kostengünstige Vertreter im Bereich der Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen mit vielversprechenden Umwandlungseigenschaften. Üblicherweise werden diese über konventionelle schmelzmetallurgische Prozesse hergestellt und dann einer thermomechanischen Behandlung unterzogen. Für die vorliegende Arbeit wurden die Formgedächtnislegierungen Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn und Cu-11,35Al-3,2Ni-3Mn-0,5Zr (m-%) unter Nutzung des selektiven Laserschmelzens (Selective Laser Melting – SLM) verarbeitet und Bauteile, nach einer Optimierung der Prozessparameter, mit einer hohen relativen Dichte (ca. 99%) hergestellt. Anschließend wurde der Einfluss des Energieeintrags, eines zusätzlichen Umschmelzschrittes (Mehrfachbelichtung) und einer Substratheizung auf das Gefüge, das Umwandlungsverhalten, die mechanischen Eigenschaften und die Rückverformung (Zweiweg-Effekt, Pseudoelastizität) untersucht. Zum Vergleich wurden weitere Probenkörper mittels Rascherstarrung der Schmelze hergestellt. Besonders die Korngröße und die thermische Stabilisierung der unterschiedlichen Phasen wirken sich unmittelbar auf die Umwandlungstemperaturen sowie das Rückverformungsverhalten aus. Durch die Nutzung des selektiven Laserschmelzens ergeben sich neue Möglichkeiten bei der Herstellung von endkonturnahen sowie geometrisch komplexen Bauteilen mit Formgedächtniseffekt. Zudem können die Gefüge, und damit die Umwandlungseigenschaften des Materials, bereits während der Herstellung eingestellt werden.

In der vorliegenden Arbeit wird die Herstellung von Werkzeugen für das Presshärten mit Hilfe des additiven Fertigungsverfahrens Laser Beam Melting (LBM) untersucht. Dazu werden zunächst unterschiedliche Werkzeugstähle experimentell auf die Eignung zur Verarbeitung im LBM-Verfahren untersucht. Für einen dieser Werkzeugstähle werden anschließend die genauen Prozessparameter bei unterschiedlichen Vorwärmtemperaturen ermittelt. Es kann gezeigt werden, dass dieser Werkzeugstahl sowohl ohne, als auch mit Vorheizung des Prozesses verarbeitet werden kann. Die mechanischen Kennwerte der Vergleichsprobe aus geschmiedetem und vergütetem Material werden hinsichtlich der Bruchdehnung und Zähigkeit nicht erreicht. Eine höhere Vorwärmtemperatur hat jedoch einen positiven Einfluss auf die mechanischen Kennwerte. In einem modellhaften Verschleißversuch wird gezeigt, dass bei einer Vorwärmung der Bauplattform auf 500 °C sowie entsprechender Wärmebehandlung das Verschleißverhalten von geschmiedetem Material erreicht werden können.:1 Einführung 2 Technologische Grundlagen 3 Stand der Wissenschaft und Forschung 4 Voruntersuchung 5 Konzeption der Arbeit 6 Anlagentechnik 7 LBM von Werkzeugstählen 8 Werkstoffanalyse 9 Verschleißuntersuchungen 10 Zusammenfassung 11 Ausblick Literaturverzeichnis

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die drahtbasierte additive Fertigung mittels Elektronstrahls (WEBAM) unter Nutzung einer lateralen Drahtzuführung und des Warmarbeitsstahls X37CrMoV5-1 untersucht. Die Schwerpunkte lagen auf der Analyse des Einflusses der Prozessparameter, der Drahtführungstechniken (schleppend, stechend und seitlich), des Substratwerkstoffes und des Materialübergangs auf die Prozessstabilität sowie die Auftraggeometrie. Das Ziel war die prozesssichere Herstellung von 3D-Geometrien mit bidirektionaler und kontinuierlicher Aufbaustrategie. Die Untersuchungen zeigten, dass die Auftraggeometrie und insbesondere der Materialübergang wesentlich vom Substratwerkstoff abhängig waren. Anhand eines aufgestellten Prozessfensters wurde ein Parametersatz ermittelt, welcher unabhängig von der Drahtführungstechnik nahezu identische Auftraggeometrien erzeugte. Mit Hilfe einer dynamischen Anpassung des Positionsversatzes für die jeweilige Drahtführungstechnik konnten rissfreie Aufbauten mit bidirektionaler, alternierender Aufbaustrategie generiert werden. Diese Aufbauten wurden anschließend hinsichtlich der Mikrostruktur sowie der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Wärmebehandlungszustand charakterisiert. Die Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit konnte anhand von mehreren aufgebauten 3D-Geometrien mit hoher Konturtreu demonstriert werden.

This contribution describes the investigation of flow channels which are designed to be directly integrated into an aerospike engine by means of additive manufacturing with laser powder bed fusion (LPBF). During the experimental testing of a previous aerospike engine in 2019, it was observed that high surface roughness of such additively manufactured integrated channels caused a significant reduction in the mass flow rates of the propellants ethanol and liquid oxygen as well as the coolant due to increased pressure drop. In an extensive study within the CFDmikroSAT project, various factors influencing this surface roughness are, therefore, being investigated, which include the geometry of the channels as well as selected manufacturing parameters of the LPBF process, such as layer thickness and component orientation. To further reduce the roughness after manufacturing, suitable post-processing methods are also being investigated for internal cavities, initially analysing the abrasive flow machining process. Within the paper, the overall investigation approach is presented, such as the overview of the considered specimens, and the initial results of a various studies with selected specimens are discussed. These studies consist of the examination of surface roughness reduction, shape accuracy and flow behaviour of post-processed cooling channel specimens. Finally, a brief overview of the already manufactured aerospike demonstrator is presented.

Die additive Fertigung erlaubt ein bisher nicht gekanntes Maß an geometrischer Freiheit bei der Gestaltung von Bauteilen. In der Medizin- und Dentaltechnik wird die additive Fertigung beispielsweise eingesetzt, um an die individuelle Anatomie des Patienten angepasste Prothesen und Implantate herzustellen. Im Maschinenwesen ermöglicht sie den Bau von multifunktionalen und formoptimierten Bauteilen und damit eine Senkung des Materialeinsatzes bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsfähigkeit. In der Luft- und Raumfahrttechnik wird sie genutzt, um mittels Topologieoptimierung oder durch das Zusammenfassen von ganzen Baugruppen zu einem einzelnen Bauteil Gewicht zu sparen [1]. (Aus: Motivation] / Additive manufacturing allows a previously unknown degree of geometric freedom in the design of components. In medical and dental technology for example, additive manufacturing is used to produce prostheses and implants adapted to the individual anatomy of the patient. In mechanical engineering, it enables the construction of multifunctional and shape-optimized components thus reducing the amount of material used while simultaneously increasing performance. In aerospace engineering, it is used to save weight by means of topology optimization or by combining entire assemblies into a single component [1]. [Off: Motivation]

Pores are inherent to additively manufactured components and critical especially in technical components. Since they reduce the component’s fatigue life, a reliable identification and description of pores is vital to ensure the component’s performance. X-ray computed tomography (CT) is an established and non-destructive testing method to investigate internal defects. The CT scan process can induce noise and artefacts in the resulting images which afterwards have to be reduced through image processing. To reconstruct the internal defects of a component, the images need to be segmented in defect region and bulk material by applying a threshold. The application of the threshold as well as the previous image processing alter the geometry and size of the identified defects. This contribution aims to quantify the influence of selected commercial image processing and segmentation methods on identified pores in several additively manufactured components made of AlSi10Mg and Ti6Al4V as well as in an artificial CT scan. To that aim, gray value histograms and characteristic parameters thereof are compared for different image processing tools. After the segmentation of the processed images, particle characteristics are compared. The influence of image processing and segmentation on the predicted fatigue life of the material is evaluated through the change of the largest pore in each set of data applying Murakami’s empirical√area-parameter model.

In this paper, a proposal for a new method to design load-adaptive microlattice structures for PBF-LB/M manufacturing is presented. For this purpose, a method was developed to stiffen microlattice structures in particular by using self-similar sub-cells to ensure their manufacturability. The quality of the stiffness increase was investigated and verified by finite element simulations. Subsequently, the simulation results were critically discussed with respect to their potential for future design processes for architected materials.

Over the past few decades, additive manufacturing (AM) evolved from rapid prototyping (RP) into mature manufacturing technologies for complex high-performance end use products. The transition in the industrial application of these technologies necessitates a design methodology tailored to the potentials and restrictions of AM. This contribution presents a new application system for opportunistic and restrictive component design, which can be integrated into design for additive manufacturing (DfAM) methodologies. For the first time, methods for AM part design are being drawn from standards and integrated into an application system, supporting professionals in the practical implementation of design for additive manufacturing methods.