EOS NickelAlloy für die additive Fertigung
Fortschrittliche Verarbeitung mit Beam-Shaping-Technologie
03. November 2025 | Lesezeit: 5 Min.
Superlegierungen sind eine Klasse von metallischen Werkstoffen, die für den Einsatz unter extremen Bedingungen entwickelt wurden. Aufgrund ihrer Fähigkeit, ihre mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen beizubehalten, sind sie in Flugzeugtriebwerken, Kraftwerken und Verteidigungsausrüstung unverzichtbar.
Eines der begehrtesten Materialien in der AM-Branche ist die Superlegierung 247, die für ihre überragende Festigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit bekannt ist. Diese Superlegierung hat jedoch in der AM einige besondere Herausforderungen mit sich gebracht (siehe Abbildung 1), darunter:
- Mikrorisse während der Laserschmelzverfahren (LPBF)
- Makrorissbildung während der Wärmebehandlung nach der Verarbeitung
Trotz der starken Nachfrage in der Industrie wurde die additive Fertigung von Legierung 247 lange Zeit durch diese Herausforderungen bei der Verarbeitung und Nachbearbeitung behindert. Das ändert sich nun: Mit der Aufnahme von EOS NickelAlloy in unser Superlegierungs-Materialportfolio erweitern wir die Grenzen des Möglichen im Bereich der additiven Fertigung – indem wir fortschrittliche Verarbeitungsstrategien mit unsererhochmodernen Strahlformungstechnologie und unserem Know-how in der Nachbearbeitung kombinieren, um das volle Potenzial dieses Hochleistungsmaterials auszuschöpfen.
Strahlformung
Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Strategien untersucht, um Rissbildung in rissanfälligenMaterialien wie Alloy 247 zu reduzieren, darunter die Modifizierung der chemischen Zusammensetzung der Legierung oder komplexe Maschinenanpassungen wie das Vorwärmen bei hohen Temperaturen. Diese Methoden haben zwar einige Erfolge gezeigt, gehen jedoch oft mit Kompromissen hinsichtlich der Prozessstabilität und Skalierbarkeit einher. Mit der Einführung unserer Beam-Shaping-Technologie der nächsten Generation verfügen wir nun über ein leistungsstarkes neues Werkzeug, um diese Herausforderungen zu bewältigen, ohne Kompromisse bei der Produktivität oder der Teilequalität eingehen zu müssen.
In herkömmlichen LPBF-Systemen arbeiten Singlemode-Laser in der Regel mit einer gaußschen Intensitätsverteilung. Dies schränkt die Kontrolle der Schmelzbondynamik ein, insbesondere bei Materialien, die zu Rissbildung neigen.
Mit der Strahlformung ( ) können wir die Intensitätsverteilung zwischen einem Gaußschen Kernprofil und einem Ringprofil in verschiedenen Modi verändern – siehe Abbildung 2. Von Modus 0 (vollständig gaußsch) bis Modus 6 (vollständig ringförmig) können wir je nach Materialtyp und Prozessanforderungen eine geeignete Intensitätsverteilung auswählen. Diese Flexibilität ermöglicht es uns, die Energiezufuhr auf die spezifischen Anforderungen des Materials und der Anwendung abzustimmen, was neue Möglichkeiten für die Bearbeitung von Legierungen eröffnet, die bisher als nicht druckbar galten.
Bei herkömmlichen LPBF-Verfahren, die Standard-Gauß-Verfahren mit tieferen Schmelzbädern verwenden, neigen Mikrorisse dazu, dort aufzutreten, wo zwei Erstarrungsfronten aufeinandertreffen, insbesondere wenn ihre Fehlausrichtung hoch ist. Darüber hinaus bilden sich Risse vorwiegend an Korngrenzen, was zu einer hohen Rissdichte bei den mit dem Gaußschen Laserstrahlprofil erzeugten feinkörnigen Mikrostrukturen führt. Um Rissbildung bei diesen Standardverfahren zu vermeiden, müssen geringe Schichtdicken und Laserleistungen verwendet werden. Dies führt zu übermäßig langen Bauzeiten und instabilen Prozessen, die zu schlechten und inkonsistenten Eigenschaften führen. Mit der Strahlformung kann die Intensitätsverteilung so verändert werden, dass verschiedene Arten von Schmelzbadgeometrien entstehen, die es uns ermöglichen, eine halbkreisförmige oder flache Schmelzbadform beizubehalten und gleichzeitig mit höheren Leistungen und typischen Schichtdicken zu arbeiten.
Flachere Schmelzbecken führen zu einer stärker gerichteten Erstarrung entlang der Baurichtung, wodurch die Kollision von falsch ausgerichteten Erstarrungsfronten in der Mitte des Schmelzbeckens verhindert wird. Dies führt zu extrem niedrigen Rissdichten im Bauzustand. Darüber hinaus ermöglicht die gleichmäßige und gerichtete Erstarrung auf Schmelzbeckenebene die Anpassung der Korngrößen an die gewünschten Eigenschaftsprofile. Beispielsweise können größere Körner für Kriecheigenschaften vorteilhaft sein, während kleinere Körner eine höhere Festigkeit oder längere Lebensdauer bieten. Nach vollständiger Wärmebehandlung kann LPBF-Material aus Strahlformungsprozessen Korngrößen von mehreren 100 µm bis 1 mm erzeugen, die deutlich größer sind als die typischerweise bei LPBF zu beobachtenden.
Darüber hinaus können nahezu rissfreie Proben mit einem Fehleranteil von weniger als 0,04 % im Fertigzustand hergestellt werden – siehe Abbildung 4. Die wenigen verbleibenden Fehler können durch eine nachträgliche heißisostatische Pressung (HIP) behoben werden – siehe Abbildung 5.
Vom Konzept zur Anwendung: Was kommt als Nächstes für EOS NickelAlloy ?
Unser Ziel ist es, modernste Hardware, fundiertes Material- und Prozess-Know-how sowie maßgeschneiderte Nachbearbeitung zu integrieren, um Mikrorisse zu minimieren und das volle Potenzial dieser Hochleistungslegierung auszuschöpfen. Unser Fokus liegt auf kleinen bis mittelgroßen Bauteilen für Energie-, Luftfahrt- und Verteidigungsanwendungen, bei denen die Hochtemperatureigenschaften von EOS NickelAlloy besonders wichtig sind. Angesichts der technischen Komplexität wird dieser Prozess zunächst nicht als voll entwickeltes Produkt, sondern in Verbindung mit Kooperationsprojekten von Additive Minds angeboten.
Dies umfasst:
- Eingehende Bewertung von Teilen und Anwendungen
- Design- und Prozessoptimierung
- Entwicklung und Validierung kundenspezifischer Parameter
- Benchmark-Builds und Anleitungen zur Nachbearbeitung
Durch diesen praxisorientierten Ansatz helfen wir unseren Kunden, ihre EOS NickeAlloy 247-Anwendungen zum Leben zu erwecken – und gleichzeitig die Möglichkeiten des Additive Manufacturing für rissempfindliche Materialien insgesamt zu erweitern.
Verfasst von Shaafi Shaikh und Tobias Novotny
Inspiriert werden
Materialien
Unser umfangreiches Portfolio an Metallwerkstoffen ist genau auf Ihre EOS-Maschine abgestimmt. Unsere Materialversorgungskette unterliegt einer Qualitätskontrolle von der Quelle bis zur Lieferung, wodurch die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, die Rückverfolgbarkeit der Chargen, flexible Mengen und eine schnelle Lieferung gewährleistet sind.
Materialien
Die Materialeigenschaften von Nickellegierungen machen sie ideal für eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise in Gasturbinen für die Luft- und Raumfahrt sowie die Energieindustrie, die Prozessindustrie, die Öl- und Gasindustrie und den Schiffbau.
