This study presents results of selective laser melting (SLM), powder metallurgy (PM), and casting technologies applied for producing Ti–TiB composites from Ti–TiB₂ powder. Diffraction patterns and microstructural investigations reveal that chemical reaction occurred between Ti and TiB₂ during all the three processes, leading to the formation of Ti–TiB composites. The ultimate compressive strength of SLM-processed and cast samples are 1421 and 1434 MPa, respectively, whereas the ultimate compressive strengths of PM-processed 25%, 29%, and 36% porous samples are 510, 414, and 310 MPa, respectively. The Young’s moduli of porous composite samples are 70, 45, and 23 GPa for 25%, 29%, and 36% porosity levels, respectively, and are lower than those of SLM-processed (145 GPa) and cast (142 GPa) samples. Fracture analysis of the SLM-processed and cast samples shows shear fracture and microcracks across the samples, whereas failure of porous samples occurs due to porosities and weak bonds among particles.

Additive Fertigungsverfahren stellen in den letzten Jahren einen Megatrend dar, da sich mit diesen Verfahren endkonturnahe Werkstücke mit hohem Materialausnutzungsgrad herstellen lassen. Die auch als 3D-Druck bekannt gewordenen additiven Fertigungsverfahren sind jedoch nicht auf die Prototypenfertigung aus Kunststoffen begrenzt. Beim selektiven Laserschmelzen werden metallische Werkstoffe im Pulverbettverfahren mittels Laserstrahl aufgeschmolzen und somit schichtweise aufgebaut. Das Verfahren findet bereits in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, aber auch in der Automobilindustrie und im Maschinenbau Anwendung für Prototypen, Einzelanfertigungen oder Kleinstserien. Des Weiteren ermöglicht es auch die Herstellung von Werkstücken mit besonders hoher Komplexität, die mit spanenden Verfahren nicht herstellbar sind, und bietet dadurch neue Gestaltungsmöglichkeiten bei der Konstruktion. Innerhalb des Vortrags werden nach der Vorstellung des Verfahrens verschiedene Methoden zur numerischen Simulation des selektiven Laserschmelzens von Edelstahl (1.4404) am Beispiel der kommerziellen Software Simufact Additive erläutert. Dazu werden der mechanische und thermo-mechanische Lösungsansatz betrachtet sowie die Methode zur Kalibrierung der Simulationen erläutert. Die Erläuterung eines voll transienten thermo-mechanischen Ansatzes erfolgt unter Verwendung der Software MSC Marc. Des Weiteren wird der Einfluss der Orientierung des Werkstücks im Herstellungsprozess auf resultierende Spannungen, Verzug sowie mechanische Eigenschaften analysiert und mit experimentellen Untersuchungen untersetzt.

Additive manufacturing of Nitinol is a promising field, as it can circumvent the challenges associated with its conventional production processes and unlock unique advantages. However, the accompanying surface features such as powder adhesions, spatters, ballings, or oxide discolorations are undesirable in engineering applications and therefore must be removed. Plasma electrolytic polishing (PeP) might prove to be a suitable finishing process for this purpose, but the effects of post-processing on the mechanical and functional material properties of additively manufactured Nitinol are still largely unresearched. This study seeks to address this issue. The changes on and in the part caused by PeP with processing times between 2 and 20 min are investigated using Nitinol compression springs manufactured by Laser Beam Melting. As a benchmark for the scanning electron microscope images, the differential scanning calorimetry (DSC) measurements, and the mechanical load test cycles, conventionally fabricated Nitinol springs of identical geometry with a medical grade polished surface are used. After 5 min of PeP, a glossy surface free of powder adhesion is achieved, which is increasingly levelled by further polishing. The shape memory properties of the material are retained without a shift in the transformation temperatures being detectable. The decreasing spring rate is primarily attributable to a reduction in the effective wire diameter. Consequently, PeP has proven to be an applicable and effective post-processing method for additively manufactured Nitinol.

In many cases, the functional performance of additively manufactured components can only be ensured by finishing the functional surfaces. Various methods are available for this purpose. This paper presents a procedure for selecting suitable processes for finishing laser beam melting additive–manufactured parts which is ultimately based on technological knowledge. It was experimentally proven that the use of several consecutive finishing processes is beneficial to achieve better surface quality. One finishing process chain was particularly effective (namely particle blasting/vibratory grinding/plasma electrolytic polishing) and the technological limits of this method were investigated in this study. The optimal parameters for this process combination ensured a surface roughness Sa < 1 µm.

Das Anwendungsfeld der Luft- und Raumfahrtindustrie kennzeichnet sich durch eine konstante Nachfrage nach Materialien mit einer hohen spezifischen Festigkeit. Die metastabile Beta-Titanlegierung Ti-5553 ist ein aussichtsreicher Werkstoffkandidat, um der Forderung nach geringer Dichte bei gleichzeitig hoher Festigkeit gerecht zu werden. Bereits jetzt findet er Anwendung in strukturell-belasteten Bereichen. Der Herstellungsprozess für die dafür verwendeten Bauteile ist charakterisiert durch einen oftmals materialintensiven Zerspanungsprozess zur Erzeugung der gewünschten Geometrie und eine mehrstufige und zeitintensive Wärmebehandlung zur Einstellung des gewünschten Gefüges sowie den damit verbundenen Eigenschaften. Durch den Einsatz des selektiven Laserschmelzens (SLM) als Vertreter der additiven Fertigungsverfahren sollen diese zwei Problemstellungen adressiert werden. Einerseits wäre es möglich, durch den schichtweisen Aufbau der Bauteile, komplexe Geometrien endkonturnah zu fertigen und damit den Zerspanungsprozess zu minimieren. Andererseits können durch die im SLM-Prozess auftretenden hohen Erstarrungsraten metastabile Gefügezustände geschaffen werden. Daher besteht großes Interesse daran, die Verknüpfung von Prozessbedingungen und dem entstehenden Gefüge zu untersuchen und zu verstehen. Das Prozessieren und Optimieren der Legierung Ti-5553 auf das Verfahren des selektiven Laserschmelzens stellen den Ausgangspunkt dieser Arbeit dar. Durch die anschließende Variation der Belichtungsstrategie beziehungsweise der Anwendung einer Substratheizung konnten Korngröße sowie Textur respektive Phasenbildung im Gefüge beeinflusst werden. Somit war es möglich das Potenzial des selektiven Laserschmelzens aufzuzeigen, indem durch Prozessparameter Bauteileigenschaften während des Herstellungsprozesses aktiv beeinflusst werden. Die Analyse der hergestellten Proben umfasste eine tief greifende Gefügeanalyse sowie die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften.