Revolutionäre Technologie: US-Forscher entwickeln ein Verfahren um komplexe, metallische Multi-Material-Objekte in nur einem Fertigungsschritt mit 3D-Druck herzustellen

Wir kennen den 3D-Druck als eine Technologie, die in professioneller Anwendung mit nur ein Material Objekte vollständig in nur einem Druckvorgang herstellen kann. Für viele Bereiche der Fertigung bereits ein großer Fortschritt. Forscher der Washington State University haben jetzt allerdings ein Verfahren entwickelt, bei dem die additive Verarbeitung mehrerer metallischer Materialien gleichzeitig möglich sein soll. Vielleicht trägt dieser Fortschritt dazu bei, dass man zukünftig komplexe industrielle Produkte in nur einem Fertigungsschritt erledigen kann. Am Projekt beteiligt ist auch die NASA.

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Täglich berichten wir über neuen Entwicklungen aus der Welt des 3D-Drucks. Dabei stellen Forschungen eine wichtige Basis für neue Errungenschaften dar und tragen dazu bei, dass regelmäßig neue 3D-Drucktechnologien und auch 3D-Drucker-Materialien entwickelt werden. So haben die Forscher der Washington State University (WSU) kürzlich ein einstufiges 3D-Druckverfahren entwickelt, um Strukturen aus zwei verschiedenen Materialien zu drucken.

Künftig weniger Maschinen notwendig?

Wie auf brightsurf.com berichtet wird, handelt sich dabei um einen großen Fortschritt, da der 3D-Druck bisher darauf beschränkt war, jeweils nur ein Material zum Drucken zu benutzen. Möglicherweise könnte dieser Fortschritt dazu beitragen, dass Hersteller nur noch einzelne Maschinen verwenden und ihre Produktionsschritte reduzieren, um komplexe Produkte in nur einem Arbeitsgang zu produzieren. Zudem werden sie in der Lage sein, Eigenschaften, Umweltanpassung, Korrosionsschutz und Wärmeleitung in ihren Materialien besser zu kontrollieren.

Multimaterial Beispielobjekt
Bisher war der 3D-Druck darauf beschränkt, dass nur ein Material gleichzeitig gedruckt werden kann (Bild © Washington State University).

Mithilfe moderner 3D-Drucktechnologie und unter der Leitung von Herman und Brita Lindholm sowie Amit Bandyopadhay stellte das Forschungsteam Metall- und Keramikstrukturen her sowie ein Bimetall, das an einem Ende magnetisch und am Anderen nicht magnetisch ist. Es handelt sich um einen spannenden und wichtigen Schritt in der nächsten Generation der Herstellung, Optimierung, Validierung und Design mithilfe der 3D-Drucker. Die Hersteller müssen mit der Einführung des Multi-Material-3D-Drucks nicht mehr die Klebstoffe und Verbindungen verwenden, die bisher für die Herstellung von Multi-Material-Produkten verwendet wurden. Der Multi-Material-3D-Druck hilft dabei, diesen Schwachpunkt in der additiven Fertigung loszuwerden.

Laser Engineering Net Shaping (LENS)

Das Forscherteam hat genau diese Technik genutzt, um Kupfer- und Nickel-Chrom-Strukturen zu drucken. Nickel-Chrom kann hohen Temperaturen standhalten, aber kühlt sehr langsam ab. Zudem wird die Inconel 718, eine Nickel-Chrom-Legierung, für Blechteile in Flüssigbrennstoffraketen und Flugzeugtriebwerke verwendet. Forscher stellten unter Verwendung von Laser Engineering Net Shaping (LENS) Bimetallstrukturen her, um die Verarbeitbarkeit zu verstehen und die resultierenden thermischen und Grenzflächeneigenschaften von Kupferlegierungen und von Inconel 718 zu messen. LENS ist dem selektiven Lasersintern ähnlich, wobei hier das Metallpulver aufgetragen wird.

Darüber hinaus wurde die Hypothese aufgestellt, dass eine additive Kombination der beiden erwähnten Legierungen eine einzigartige bimetallische Struktur bilden würde, die verbesserte thermophysikalische Eigenschaften hätte. Dabei verwendeten die Forscher die Zusammensetzungsabstufung der beiden Legierungen und die direkte Abscheidung von GRCop-84 auf Inconel 718. Außerdem stellte sich auch heraus, dass das Teil mit hinzugefügtem Kupfer im 3D-Druckverfahren um 250 % schneller abgekühlt werden konnte. Dies führt letztlich zu einer längeren Lebensdauer und einer höheren Kraftstoffeffizienz für Flugzeugtriebwerke.

Diese Forschung finanzierten das Marshall Space Flight Center der NASA, die National Science Foundation und das Joint Center for Aerospace Technology Innovation. Solche durch den Multi-Material-3D-Druck gedruckten Strukturen mit maßgeschneiderten thermischen Eigenschaften und entworfener Zusammensetzungsabstufung eröffnen auch neue Möglichkeiten in der Luft– und Raumfahrt. Wenn Sie unseren Newsletter abonnieren abonnieren, bleiben Sie auch zukünftig auf dem Laufenden.

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