Massives metallisches Glas: Forscher der Yale University arbeiten an vereinfachtem Verfahren für den 3D-Druck mit Metall

Der 3D-Druck mit Kunststoffen ist heute in vielen Bereichen nahezu Alltag. Beim Metall-3D-Druck ist dies heute in einigen Industriebereichen nicht viel anders und wird auch deshalb von Forschungseinrichtunge stetig optimiert. Forscher der Yale University haben jetzt einen neuen Ansatz entwickelt, um mit metallischem Glas den Metall-3D-Druck noch einfacher werden zu lassen. Dieser Beitrag bietet einige Details zum Verfahren.

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Es wurden bereits einige wichtige Forschungsarbeiten in Bezug auf den Metall-3D-Druck veröffentlicht. Forscher der TU Kaiserslautern haben zuletzt ihre Untersuchungen zum 3D-Druck als Möglichkeit zur Herstellung effizienter und leichter Bauteile für Nutzfahrzeuge veröffentlicht. Forscher der Yale University haben jetzt dank der Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Desktop Metal einen Weg gefunden, den Metall-3D-Druck zu vereinfachen. Die dazugehörige Forschungsarbeit wurde unter dem Titel „3D printing metals like thermoplastics: Fused filament fabrication of metallic glasses“ in der Zeitschrift Materials Today veröffentlicht.

Aus metallischem Glas metallische Filamente herstellen

Die Yale-Forscher demonstrierten einen neuen Ansatz, um aus metallischem Glas metallische Filamente herzustellen. Dies wurde dann genutzt, um damit im 3D-Druckverfahren Metallobjekte herzustellen. Die massiven metallischen Gläser (BMGs) haben im Gegensatz zu herkömmlichen Metallen eine unterkühlte Flüssigkeitsregion in ihrem thermodynamischen Profil und können beim Erhitzen kontinuierlich weicher werden. Es ist ein Phänomen, das nicht bei herkömmlichen Metallen auftritt, sondern bei Thermoplasten. Das sagt uns, dass BMGs im Vergleich zu den meisten anderen Metallen leichter weicher werden können. Zudem können sie im 3D-Druckverfahren genutzt werden, um hochfeste Metallteile herzustellen.

Funktionsweise des Verfahrens grafisch dargestellt
Das massive metallische Glas kann beim Erhitzen weicher werden (Bild © Jan Schroers).

Die additive Fertigung von Metallteilen könnte vereinfacht werden, indem die einzigartige Erweichungseigenschaft von BMGs ausgenutzt wird. Zusammen mit diesen kunststoffähnlichen Eigenschaften sind hohe Elastizitäts- und Festigkeitsgrenzen sowie hohe Korrosionsbeständigkeit und Bruchzähigkeit möglich. Das Forscherteam hat sich auf leicht verfügbares und gut charakterisiertes BMG aus Beriyllium, Nickel, Kupfer, Titan und Zirkonium fokussiert, was in einem Artikel auf der Website der Yale University nachzulesen ist.

Dabei wurden amorphe Stäbe mit einer Länge von 700 mm und einem Durchmesser von 1 mm, einer Extrusionskraft von 10 bis 1000 Newton und einer Extrusionstemperatur von 460ºC verwendet, um die erweichten Fasern drucken zu können. Danach werden diese Fasern mit 400 ºC zu einem rostfreien Stahlnetz extrudiert, in dem die Kristallisation nach mindestens einem Tag stattfindet. Auf diese Weise kann die Extrusion durchgeführt und das gewünschte Objekt hergestellt werden.

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