Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT hat eine Methode entwickelt, mit der sich metallische Bauteile gezielt mit porösen Bereichen versehen lassen. Möglich wird dies durch das Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Verfahren – ohne Nachbearbeitung und mit hoher Präzision. Die erzeugte Permeabilität ist lokal steuerbar und direkt in den Fertigungsprozess integriert.
Die neue Technologie ermöglicht es, Permeabilität während der additiven Fertigung gezielt zu gestalten – mit fließenden Übergängen zwischen dichten und durchlässigen Zonen. Das Verfahren wird vom Fraunhofer ILT auf der Laser World of Photonics 2025 in München präsentiert.
Permeabilität ohne Nachbearbeitung durch LPBF
Die entwickelte Methode basiert auf dem bewährten LPBF-Verfahren, bei dem Metallpulver schichtweise aufgetragen und selektiv mit einem Laser verschmolzen wird. Während bisher meist dichte, belastbare Bauteile im Fokus standen, lässt sich nun gezielt Porosität einbringen:
„Aber wenn wir lokal gezielt Porosität zulassen – zum Beispiel durch veränderte Prozessparameter – können wir kontrollierte Permeabilität erzeugen“, erklärt Andreas Vogelpoth aus der Gruppe LPBF Prozess- und Systemtechnik am Fraunhofer ILT.
Das Ergebnis sind vollständig metallische Komponenten mit durchlässigen Zonen für Gase oder Flüssigkeiten. Mechanische Integrität bleibt erhalten. Die Übergänge zwischen dichten und porösen Bereichen lassen sich trennscharf oder gradiert realisieren.
Vorteile gegenüber herkömmlichen porösen Strukturen
Im Unterschied zu klassischen Metallschäumen oder eingelegten Gewebestrukturen erfolgt die Integration poröser Bereiche direkt im Bauteil. Das spart Zeit, erweitert den Gestaltungsfreiraum und vermeidet physikalisch ungünstige Nahtstellen. Selbst komplexe Geometrien mit innenliegenden Strukturen lassen sich so ohne nachträgliche Bearbeitung umsetzen.
„Wir bringen damit eine neue Funktionalität in den 3D-Druck – Permeabilität als gestaltbares Merkmal“, betont Vogelpoth.
Breite Anwendungen von Wasserstoff bis Maschinenbau
Ein zentrales Einsatzfeld ist die Wasserstofftechnologie, etwa in Elektrolyseuren mit mehrschichtigen Zellstapeln. Das Fraunhofer ILT prüft derzeit, ob sich diese Funktionsschichten direkt additiv fertigen lassen – inklusive gezielt durchlässiger Zonen. Ziel ist es, die Anzahl der Einzelteile zu reduzieren und Effizienz, Materialeinsatz sowie Produktionskosten zu verbessern.
Darüber hinaus besteht bereits Kontakt zu Industriepartnern aus dem Turbomaschinenbau, Werkzeug- und Formenbau, Wärmetauschern sowie der chemischen Verfahrenstechnik. Die hohe Bandbreite möglicher Anwendungen zeigt das Potenzial für Hochtechnologiebranchen.
Live-Demonstration auf der Laser World of Photonics 2025
Wie das Verfahren in der Praxis funktioniert, zeigt ein anschauliches Exponat: Ein transparentes Wasserbecken mit einem metallischen Fraunhofer-Logo enthält gezielt poröse Zonen, die auf Knopfdruck durchströmt werden. Die Permeabilität wird dadurch sichtbar und erlebbar.
Die Reproduzierbarkeit wurde bereits durch Computertomografie und Querschliffe belegt. Im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts wird an der nächsten Stufe gearbeitet: der präzisen Steuerung der Permeabilität über Prozessparameter.
Offene Entwicklung für neue Zielgruppen
„Unser Plan ist, dass Anwenderinnen und Anwender uns künftig sagen, welche Permeabilität in welchen Bauteilbereichen benötigt wird – und wir liefern das passende Design und die passenden Prozessparameter“, so Vogelpoth weiter.
Im Gegensatz zu anderen Akteuren, die ähnliche Ansätze im Turbomaschinenbau verfolgen, setzt das Fraunhofer ILT bewusst auf einen offenen, anwendungsübergreifenden Entwicklungsansatz. Auch mittelständische Unternehmen, die bislang keinen Zugang zu komplexen Fertigungstechnologien hatten, sollen profitieren.
Interessierte sind eingeladen, die Forschenden auf der Laser World of Photonics vom 24. bis 27. Juni 2025 in München am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand (Halle A3, Stand 431) zu besuchen.