Viele lokale Messpunkte machen Werkstoffzonen, Übergänge und Prozessvarianten als mechanische Datenmatrix vergleichbar.
Anwendung · Additive Fertigung · Parameterstudien
Multimaterial Additive Manufacturing Testing
Mechanische Parameterstudien für additiv gefertigte Multimaterial-Systeme: Testawell erzeugt viele
lokale Messdaten über Nickel-, Kupfer-, Titan- und weitere Legierungszonen, damit Zusammensetzung,
Prozessfenster und Übergänge früher und belastbarer bewertet werden können.
Warum braucht Multimaterial Additive Manufacturing besonders viele Messdaten?
Bei einem monolithischen Werkstoff kann schon die additive Prozessführung lokale Unterschiede in
Porosität, Gefüge, Eigenspannung und Festigkeit erzeugen. In einem Multimaterial-Bauteil kommen
weitere Ebenen hinzu: Zusammensetzung, Verdünnung, metallurgische Bindung, Grenzflächengeometrie,
unterschiedliche Wärmeleitung und die Wechselwirkung der Prozessparameter mit jedem einzelnen
Werkstoffbereich.
Ein einzelner globaler Kennwert kann diese Variantenvielfalt kaum abbilden. Für die Entwicklung
werden deshalb lokale mechanische Daten mit hoher Punktdichte benötigt. Sie zeigen,
ob eine Schwachstelle aus dem Grundwerkstoff, der Mischzone, einem abrupten Übergang oder einem
bestimmten Fertigungs- beziehungsweise Wärmebehandlungszustand entsteht.
Wie unterstützt Testawell die Multimaterialentwicklung?
Testawell plant Parameterstudien als strukturierte Variantenmatrix. Das
i3D®-Eindruckverfahren erzeugt an vielen definierten
Positionen lokale plastische Spannungs-Dehnungs-Kurven und eindruckbasierte Vergleichskennwerte.
Dadurch werden nicht nur wenige Probenmittelwerte, sondern mechanische Profile und Karten über
Werkstoffzonen und Grenzflächen verfügbar.
viele Proben, Zusammensetzungen und Prozesszustände in einer Messkampagne vergleichen
Übergänge zwischen Nickel-, Kupfer-, Titan-, Stahl- oder weiteren Legierungszonen kartieren
lokale Vergleichsdehngrenze RIp0,2, Vergleichszugfestigkeit RIm und plastische Fließkurven auswerten
Heatmaps, Profile, Streuungen und Variantenrankings für die nächste Entwicklungsentscheidung erzeugen
nur die aussichtsreichen Kandidaten in aufwendigere Validierungsprüfungen überführen
Multisample-Screening verdichtet viele Einzelmessungen zu einer direkt vergleichbaren Variantenmatrix.
Von der Materialidee zur belastbaren Parameterstudie
01
Variantenmatrix definieren
Werkstoffpaarung, Mischstufen, Bauparameter, Orientierung, Wärmebehandlung und Wiederholungen werden auf das Entscheidungsziel abgestimmt.
02
Messraster festlegen
Prüfpunkte werden in den Ausgangswerkstoffen, entlang der Mischzone und in kritischen Übergängen mit passender Punktdichte positioniert.
03
Kampagne automatisieren
Viele Eindrücke werden reproduzierbar gesetzt, optisch dreidimensional vermessen und über eine einheitliche Auswertelogik verarbeitet.
04
Varianten auswählen
Heatmaps, Profile und statistische Vergleiche zeigen robuste Prozessfenster, kritische Übergänge und Kandidaten für die vertiefte Validierung.
Welche Parameter lassen sich systematisch untersuchen?
Die Messkampagne wird nicht um eine feste Standardliste gebaut, sondern um die Hypothese des
Entwicklungsprojekts. Für ein Multimaterial-System kann eine sinnvolle Matrix beispielsweise
folgende Dimensionen verbinden:
Studienebene
Beispielhafte Varianten
Mechanische Auswertung
Werkstoffsystem
Nickel/Kupfer, Kupfer/Stahl, Titan-basierte Systeme oder projektbezogene Mischlegierungen
Unterschiede zwischen Ausgangswerkstoffen und Mischzonen
Zusammensetzung
diskrete Mischstufen, kontinuierlicher Gradient oder definierte Grenzfläche
Eigenschaftsprofil über den chemischen beziehungsweise geometrischen Übergang
Fertigungsparameter
Laserleistung, Geschwindigkeit, Energieeintrag, Schichtstrategie oder Auftragspfad
Ranking von Prozessfenstern und lokale Streuung
Bauteilzustand
as-built, spannungsarmgeglüht, lösungsbehandelt oder weitere Wärmebehandlungen
Verschiebung von Fließkurve und Festigkeitsvergleichswerten
Position und Richtung
Aufbaurichtung, Rand/Kern, Übergangsabstand oder mehrere Bauteilzonen
lokale Profile, Heatmaps und Hinweise auf Richtungsabhängigkeit
Die genannten Werkstoffkombinationen sind Anwendungsbeispiele, keine pauschale
Kompatibilitätsfreigabe. Jede Kombination wird vor der quantitativen Kampagne hinsichtlich
Werkstoffverhalten, Probengeometrie und Eignung der Messmethode bewertet.
Welche Datenprodukte entstehen aus vielen Prüfpunkten?
Der Mehrwert entsteht durch die gemeinsame Auswertung aller Punkte. Einzelne Kennwerte werden zu
einer Datenstruktur, die Entwicklungsentscheidungen direkt unterstützt:
Messpunktdaten: lokale plastische Spannungs-Dehnungs-Kurven und Vergleichskennwerte
Profile: mechanischer Verlauf über Werkstoffgrenze, Gradient oder Wärmeeinfluss
Heatmaps: räumliche Verteilung über Probe, Buildplatte oder Bauteilzone
Variantenranking: nachvollziehbare Auswahl nach Zielwert, Streuung und Robustheit
Simulationsnähe: lokale Fließkurven als Grundlage für differenzierte Materialmodelle
Für ein früheres Multisample-Screening
wurden beispielsweise 62 plastische Spannungs-Dehnungs-Kurven auf zwölf LPBF-Proben innerhalb
von etwa einer Stunde automatisiert charakterisiert. Dieser Fall beschreibt die Leistungsfähigkeit
eines konkreten Aufbaus und ist keine pauschale Zeitgarantie für jedes Multimaterial-System.
Den mechanischen Gradient direkt auf der Multimaterial-Probe lesen
Eine einzelne additiv gefertigte Probe kann zwei Ausgangswerkstoffe und die dazwischenliegende
Mischzone in einem zusammenhängenden Aufbau verbinden. Drei eng gesetzte Reihen runder
i3D®-Eindrücke bilden ein dichtes Messraster vom kupferfarbenen Bereich durch den
metallurgischen Übergang bis in den silberfarbenen Werkstoff.
Der Farblayer liegt direkt auf der realen Probenoberfläche und übersetzt die punktweise Auswertung in
einen räumlich lesbaren Festigkeitsgradienten. Größere Restabdrücke kennzeichnen weichere Zonen,
kleinere Restabdrücke höherfeste Zonen. Die Legende ordnet die Rasterwerte der lokalen
Vergleichsdehngrenze RIp0,2 in MPa zu. So werden Breite und Homogenität der
Mischzone sowie abrupte oder kontinuierliche Eigenschaftswechsel sichtbar.
Lokales i3D-Screening ist besonders stark für hohe Punktdichte und frühe Auswahl. Eine belastbare
Multimaterialentwicklung betrachtet jedoch mehrere Ebenen. Die konkrete Kombination richtet sich
nach Werkstoffsystem und Freigabeziel.
Methode
Stärke im Projekt
Typische Grenze
i3D-Eindruckverfahren
viele lokale Fließkurven und Festigkeitsvergleichswerte für Raster, Profile und Ranking
Werkstoff- und probenspezifische Eignung; keine Bruchdehnung aus derselben Prüfung
Härteprüfung
schnelles, etabliertes Mapping und gute Orientierung über viele Punkte
Härte allein bildet die plastische Spannungs-Dehnungs-Antwort nicht vollständig ab
Zug- und Mikrozugversuch
globale beziehungsweise lokale Referenz, Bruch- und Duktilitätsinformationen
höherer Proben- und Präparationsaufwand; kleine Übergänge können gemittelt werden
Mikrostruktur, CT und Analytik
erklärt Porosität, Phasen, Bindung, Risse und chemischen Übergang
liefert ohne mechanische Prüfung keine vollständige lokale Festigkeitsaussage
Welche Grenzen müssen vor einer quantitativen Studie geklärt werden?
Nicht jede metallische Multimaterial-Kombination lässt sich mit derselben Auswertelogik behandeln.
Für das Eindruckverfahren nach DIN SPEC 4864 sind unter anderem plastische Verformbarkeit,
ein auswertbarer Materialaufwurf, geeignete Korngröße, ausreichende Abstände zu Grenzflächen und
eine passende Oberflächenvorbereitung relevant. Hohe Porosität, spröde Phasen, Rissbildung,
ausgeprägte Anisotropie oder starke Unterschiede zwischen Zug- und Druckantwort können eine
Anpassung, zusätzliche Kalibrierung oder andere Prüfmethoden erfordern.
Deshalb beginnt eine Studie mit einer Machbarkeitsprüfung und wenigen Pilotpunkten. Erst danach
werden Punktdichte, Wiederholungen und automatisierte Kampagne festgelegt. So entstehen viele Daten
nicht um ihrer Menge willen, sondern mit einer klaren Aussage für die Entwicklung.
Wo Multimaterial-AM von lokaler Prüfung profitiert
Wärme und Struktur
Kupfer- und Nickel-Systeme
Übergänge zwischen Wärmeleitfähigkeit, Temperaturbeständigkeit und struktureller Festigkeit mechanisch einordnen.
Leichtbau und Simulation
Titan- und Mischlegierungen
Lokale Zustände und Übergänge für Luftfahrt, Medizintechnik und simulationsgestützte Entwicklung erfassen.
High-Throughput
Legierungs- und Prozessscreening
Viele Zusammensetzungen, Builds und Wärmebehandlungen vor der Vollvalidierung vergleichbar machen.
Funktionsintegration
Gradienten und Smart Components
Eigenschaftswechsel an funktionalen Zonen, integrierten Strukturen und Materialgrenzen punktweise verfolgen.
Häufige Fragen zum Multimaterial Additive Manufacturing Testing
Was bedeutet Multimaterial Additive Manufacturing Testing?
Gemeint ist die mechanische und ergänzende Charakterisierung additiv gefertigter Bauteile oder Proben, die mehrere Werkstoffe, Legierungen oder gezielte Zusammensetzungsgradienten enthalten. Im Mittelpunkt stehen die einzelnen Materialzonen, ihre Übergänge und die Einflüsse der Fertigungsparameter.
Welche Werkstoffkombinationen kann Testawell untersuchen?
Parameterstudien können projektbezogen für metallische Systeme mit Nickel-, Kupfer-, Titan-, Stahl-, Aluminium- oder weiteren Legierungsanteilen geplant werden. Ob eine Kombination mit dem i3D-Eindruckverfahren quantitativ auswertbar ist, wird anhand von Werkstoffverhalten, Gefüge, Porosität, Oberfläche und Übergangszone geprüft.
Welche mechanischen Daten liefert eine i3D-Screeningkampagne?
Je nach Eignung entstehen lokale plastische Spannungs-Dehnungs-Kurven sowie eindruckbasierte Vergleichskennwerte für Dehngrenze und Zugfestigkeit. Viele Messpunkte lassen sich zu Profilen, Heatmaps, Variantenrankings und statistischen Vergleichen verdichten.
Warum reichen Härtewerte für Multimaterial-Übergänge oft nicht aus?
Härtewerte sind für schnelles Screening wertvoll, beschreiben aber nicht allein die plastische Werkstoffantwort. Für die Entwicklung können zusätzlich lokale Fließkurven und Festigkeitsvergleichswerte erforderlich sein, um verschiedene Zusammensetzungen oder Prozessfenster belastbarer zu unterscheiden.
Ersetzt das lokale Screening alle Zugversuche?
Nein. Das lokale Screening dient vor allem dem frühen Ranking, der räumlichen Auflösung und der Auswahl relevanter Varianten. Normativ geforderte globale Kennwerte, Bruchdehnung, Anisotropie oder das Verhalten bis zum Bruch können ergänzende Zug- und Spezialprüfungen erfordern.
Welche Angaben werden für eine Parameterstudie benötigt?
Benötigt werden Werkstoffsystem, Herstellverfahren, Geometrie, Prozess- und Wärmebehandlungsvarianten, relevante Übergänge, erwartete Eigenschaftsbereiche, verfügbare Probenzahl, gewünschte Punktdichte und das Entscheidungsziel der Studie.
