Additive Verarbeitung von NiTi-Formgedächtniswerkstoffen mittels Selective Laser Melting (Schriftenreihe des Lehrstuhls für Produktionssysteme)

Aufgrund der hervorragenden funktionellen Eigenschaften stellt die Legierung Nickel-Titan (NiTi) heute den bedeutendsten Formgedächtniswerkstoff dar. NiTi zeichnet sich durch bemerkenswerte reversible Verformungen - sowohl pseudoplastisch als auch pseudoelastisch - sowie durch eine hohe Effektstabilität und durch eine ausgezeichnete Biokompatibilität aus. Die Formgebung von NiTi-Komponenten ist jedoch nicht trivial. Die sensiblen Materialeigenschaften werden durch jeden Herstellungsschritt beeinflusst und nicht selten sogar beeinträchtigt. Fertigungsverfahren, die eine endkonturnahe Formgebung ermöglichen, gewinnen daher für die Herstellung von NiTi-Komponenten stetig an Bedeutung.

Diese Arbeit verfolgt mit dem Selective Laser Melting (SLM) einen innovativen Ansatz zur near-net-shape-Verarbeitung von NiTi. Das SLM gehört zur vergleichsweise jungen Gruppe der additiven Strahlschmelzverfahren. Ursprünglich wurden diese Verfahren zur Verarbeitung diverser metallischer Strukturwerkstoffe für den Prototypen- oder Modellbau genutzt. Diese Verfahren bieten aufgrund eines additiven Schichtbauprinzips jedoch Möglichkeiten, die die konventionelle Fertigung nicht bieten kann. Daher finden Strahlschmelzverfahren heute auch Anwendung zur direkten Herstellung innovativer, komplexer Fertigbauteile in geringen Stückzahlen, beispielsweise im Automotivebereich, in der Luft- und Raumfahrttechnik oder in der Medizintechnik zur Dentalrestauration.

Im Rahmen dieser Arbeit wird die vollständige Prozesskette zur additiven Verarbeitung von NiTi-Formgedächtniswerkstoffen mittels SLM abgebildet. Ausgehend von der Umarbeitung des Gussmaterials zu Pulvermaterial wird bis hin zur dessen additiver Verarbeitung anhand umfangreicher Untersuchungen dargestellt, welche Voraussetzungen für eine optimierte Fertigung von NiTi mittels SLM erfüllt werden müssen. Vergleichende Analysen von additiv und konventionell hergestelltem NiTi belegen, dass das additiv hergestellte NiTi über bemerkenswerte Eigenschaften verfügt. Dieses Material zeigt pseudoplastische und pseudoelastische Eigenschaften, welche den Eigenschaften eines konventionell hergestellten NiTi-Materials gleichwertig sind. Das additiv hergestellte NiTi-Material zeichnet sich zudem durch eine hohe funktionelle Stabilität aus. Darüber hinaus wird in einer ersten Studie nachgewiesen, dass additiv hergestelltes NiTi auch über biokompatible Eigenschaften verfügt.

Indem aufgezeigt wird, dass das SLM grundsätzlich hohes Potential für die Verarbeitung von NiTi bietet, liefert diese Arbeit einen innovativen Beitrag zur Herstellung qualitativ hochwertiger NiTi-Komponenten.