Das zur additiven Fertigung zählende Verfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) verwendet einen fokussierten Laser, um Metallpulver zu schmelzen und schichtweise zu einem dreidimensionalen Objekt aufzubauen. Das Verfahren wird häufig eingesetzt, um komplexe Metallteile mit hoher Präzision herzustellen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer oder gar nicht herstellbar wären. Es kommt in verschiedenen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizintechnik zur Anwendung. Neben einigen Stählen, Titan- und Nickelbasislegierungen sind Aluminiumwerkstoffe wegen ihrer geringen Dichte von großer Bedeutung für das LPBF-Verfahren. Die bisher fast ausschließlich verwendete AlSi10Mg-Legierung weist eine sehr gute Verarbeitbarkeit auf, allerdings sind die erreichbare Festigkeit und Verschleißbeständigkeit begrenzt. 
AMC-Werkstoffe können diesen Nachteil überwinden. In LPBF-Prozessen werden bisher übliche AlSi10Mg-Pulver mit einer pulverförmigen Verstärkungsphase gemischt und verarbeitet. Häufig werden als Verstärkungsphase SiC-Partikel eingesetzt. Aus Pulvermischungen mittels LPBF gefertigte Bauteile weisen eine gleichmäßige Verteilung der Verstärkungsphase auf. Jedoch werden eine höhere Porosität als für schmelzmetallurgische, gesinterte oder kompaktierte AMC sowie ungewollte Reaktionen zwischen der SiC-Verstärkungsphase und Al-Matrix beobachtet [11]. Beide Phänomene können auf den direkten Kontakt von SiC mit der Laserstrahlung zurückgeführt werden [12]. Die frei vorliegenden SiC-Partikel verursachen zusätzlich einen ungewollten erhöhten Verschleiß an den Pulveraufbereitungsanlagen und in der LPBF-Maschine. Dem soll mit der Verarbeitung eines neuartigen AMC-Verbundpulver entgegengewirkt werden, in dem die SiC-Partikel nicht offen vorliegen, sondern bereits von der Aluminiummatrix umhüllt sind, wodurch eine direkte Beeinflussung durch die Laserstrahlung sowie ein direkter Kontakt mit LPBF-Anlagenkomponenten verringert bzw. unterbunden wird. Im Beitrag wird ein AMC-Verbundpulver SiCP/AlSi10Mg mit einem Verstärkungsanteil von ca. 20 % (Volumen) und einer mittleren SiC-Partikelgröße von ca. 35 µm mittels LPBF verarbeitet (Abb. 1).

Mikrostrukturell wird die Prozesskette der Pulvererzeugung und Pulververarbeitung aus der Sicht der unterschiedlichen Werkstoffzustände – beginnend beim gießmetallurgisch erzeugten AMC-Ausgangsgusswerkstoff, über das AMC-Verbundpulver, hin zum LPBF-AMC-Bauteil – betrachtet. Es werden werkstoffbezogene chemische, strukturelle und mechanische Kennwerte werkstoffwissenschaftlich mit den ursächlichen Prozessbedingungen aus den Gieß-, Verdüsungs- und LPBF-Prozessen in Relation gesetzt. Daraus entsteht ein genaues Bild über die – bezogen auf ein fertiges Bauteil – zugrundeliegenden Beziehungen zwischen Werkstoff, Verarbeitungsprozessen und finalen Anwendungseigenschaften. 
Bisherige Ergebnisse zeigen, dass im LPBF-Prozess weiterhin eine starke Interaktion des Lasers mit der vorliegenden SiC-Phase auftritt. Trotz der dicht ausführbaren LPBF-Körper kommt es zur Reduzierung der ursprünglich im Verbundpulver vorliegenden SiC-Phase und zur Bildung von Aluminiumkarbid, da vor allem kleinere SiC-Partikel vollständig in der Aluminiummatrix in Lösung gehen (Abb. 2).

Systematische Untersuchungen legten offen, dass die Qualitätsmerkmale der herzustellenden LPBF-AMC-Bauteile – nämlich geringe Porosität und im Vergleich zum Ausgangspulver unveränderte SiC-Verstärkungsanteile – durch LPBF-Parameter systematisch beeinflusst werden (Abb. 3). Daraus kann im weiteren Verlauf der Arbeiten eine LPBF-Prozessführung empfohlen werden, die im Hinblick auf die angestrebten Qualitätsmerkmale beste Parameterkombinationen identifizieren kann. Weiterhin tragen die Ergebnisse zur weiteren Anpassung des im LPBF-Prozess verarbeiteten AMC-Verbundpulver SiCP/AlSi10Mg bei.

Die Ergebnisse stammen aus einer durch die Europäische Union finanzierte sowie durch Steuermittel auf der Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes mitfinanzierten Maßnahme.