Alexander O’Brien, Doktorand am Massachusetts Institute of Technology (MIT), untersucht die additive Fertigung von Metall-Keramik-Verbundstoffen mit dem Ziel, die nächste Generation von Fusionskraftwerken zu realisieren.
O’Brien, der ursprünglich aus Arkansas stammt, hatte schon früh den Wunsch, Materialien zu erforschen, die Kernreaktoren zusammenhalten können. Dies führte zu einer Zusammenarbeit mit Professor Ju Li vom MIT, einem Experten für 3D-Druck im Bereich der Kernreaktoren. Gemeinsam widmen sie sich nun der Entwicklung von Keramik-Metall-Verbundstoffen, die sich für den Bau von Fusionskraftwerken eignen.
Extrem hohe Ansprüche an das Material
Eines der Hauptprobleme im Bereich der Fusion ist die Auswahl des richtigen Materials. Viele Materialien halten den extrem hohen Temperaturen und Strahlungsniveaus in Betriebsumgebungen nicht stand. Hier sieht O’Brien eine Möglichkeit für den 3D-Druck. Er sagt: „Die additive Fertigung bietet eine völlig neue Palette von Möglichkeiten für die Arbeit mit Metallen, genau das, was für den Bau der nächsten Generation von Fusionskraftwerken benötigt wird.“
Während Metalle und Keramiken allein möglicherweise nicht ausreichen, könnten sie gemeinsam die gewünschten Eigenschaften erreichen. Metall-Matrix-Verbundstoffe, obwohl seit Jahrzehnten bekannt, waren in der Vergangenheit unpraktisch für Reaktoren. Der Grund: Es war schwierig, sie gleichmäßig herzustellen und sie waren in ihrer Größe begrenzt. Doch mit dem 3D-Druck ändert sich dies. O’Brien erklärt: „Mit dem 3D-Druck können Sie diese Nanopartikel in sehr spezifischen Regionen hinzufügen.“
Metall-Matrix-Verbundstoff, der sich ideal für Fusionsgeräte eignet
Seine aktuelle Forschung, die sowohl den Kern seiner Doktorarbeit bildet als auch in einem Forschungspapier im Journal „Additive Manufacturing“ veröffentlicht wurde, beschäftigt sich mit der Implementierung von Keramik-Nanopartikeln in Metallen. Das Ergebnis ist ein Metall-Matrix-Verbundstoff, der sich ideal für Fusionsgeräte eignet.
Um die Verbundstoffe herzustellen, wird zuerst ein mechanischer Fräsvorgang durchgeführt, um das Keramik auf die Metallpartikel aufzubringen. Die Nanopartikel stärken das Material insbesondere bei hohen Temperaturen und verlängern die Lebensdauer des Materials. Anschließend durchläuft der Verbundstoff einen 3D-Druckprozess, bei dem ein Laser über ein Pulverbett fährt und es in gewünschte Formen schmilzt.
Die Zukunft sieht vielversprechend aus: O’Brien erwägt, diese Forschung nach Abschluss seiner Doktorarbeit kommerziell durch ein Start-up-Unternehmen zu skalieren. Über die weiteren Entwicklungen dazu werden wir wie gewohnt im 3D-grenzenlos Magazin kostenlos berichten (zum Newsletter anmelden).
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