Ein Forscherteam der EPFL und der ETH Zürich hat hochdichtes, amorphes und rissfreies Metallglas (BMG) auf Basis einer Palladiumlegierung mit 3D-Druck hergestellt. Die Metallglasteile sind mit der Laser Powder-Bed Fusion (LPBF) entstanden. Sie eignen sich dank ihrer Oberflächengüte in Bereichen wie der Schmuck- und Uhrenherstellung.

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Schweizer Forscher der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) und der ETH Zürich haben mithilfe der additiven Fertigung ein hochdichtes, amorphes und rissfreies Metallglas (BMG) auf Basis einer Palladiumlegierung hergestellt. Das Material könnte sich unter anderem für die Herstellung von Schmuck oder Uhren eignen. Ihre Arbeit dazu haben sie in einem Artikel mit dem Titel „Additive manufacturing of a precious bulk metallic glass“ im Fachjournal Applied Materials Today veröffentlicht.

Details zum 3D-Druck von BMGs

3D-gedruckte Proben
Ein zu hoher VED (High Volume Energy Density) führte zu unregelmäßigen Formen und zu einer wellenförmigen Oberfläche (siehe weiße Pfeile). Ein zu niedriger VED schmolz und verfestigte das Pulver nicht vollständig (siehe schwarzer Pfeil)(im Bild: verschiedene Proben) (Bild © Autoren der Studie).

Bulk-Metallic-Gläser (kurz BMG’s) oder glasige Metalle genannt, gehören zu den nicht kristallinen Feststoffen und fortschrittlichen Materialien. Durch ihre hohe Festigkeit und ihre Härte sowie ihrer deutlichen Elastizität sind sie für industrielle Innovationen geeignet. Metallisches Glas mit 3D-Druckverfahren herzustellen könnte im Militärsektor und in der Weltraumforschung verwendet werden. Es könnte konventionelle technische Materialien in vielen weiteren Anwendungen zu ersetzen wie Elektronik, Sportgeräte und Schmuck. Einige Metallanwendungen im medizinischen Bereich sind auch denkbar.

Die Pd-basierten Pd43Cu27Ni10P20-Massenmetallglasteile (BMG), die mittels Laser Powder-Bed Fusion (LPBF) entstanden sind, wurden in der EPFL-ETH-Studie charakterisiert. Die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der Massenproben und die Kristallisationskinetik der amorphen Pulverpartikel wurden detailliert untersucht.

Eigenschaften und weitere Informationen

Zusammenfassung der Arbeit
Schweizer Forscher haben mithilfe der additiven Fertigung ein hochdichtes, amorphes und rissfreies Metallglas (BMG) auf Basis einer Palladiumlegierung hergestellt (im Bild: grafische Zusammenfassung der Arbeit)

Mit einer Dichte von 99,6% zeigten die Teile hervorragende mechanische Eigenschaften wie hohe Härte und Druckfestigkeit. Die üblichen Einschränkungen für Edelmetalle wurden überwunden. Die Teile hatten eine spiegelglatte und brillante Oberfläche, was gerade in der Schmuck- und Uhrenherstellung, wo es besonders auf Oberflächengüte oder Ästhetik ankommt, ideal ist. Mittels Laser-Konfokalmikroskopie (LCM) wurde der Einfluss von Parametern wie Laserleistung und Laserscangeschwindigkeit auf die Form von Einzelspuren untersucht.

Anschließend wurden hochamorphe Muster mit dem 3D-Drucker hergestellt. Mittels optischer Mikroskopie (OM), Rasterelektronenmikroskopie (REM), konventioneller und Synchrotron-Röntgenbeugung (XRD), Mikrocomputertomographie (μ-CT), Kompressionstests und Mikrohärte wurden die Proben charakterisiert. Mit Fast Differential Scanning Calorimetry (FDSC) wurde zudem die Kristallisationskinetik der Pulverlegierung untersucht. Weniger als 70 Gramm des Pulvers wurde für die Herstellung von Proben eingesetzt, um die Kosten des Verfahrens zu senken.

Die Studie zeigt die effiziente Herstellung von Edelmetallteilen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. Über weitere Neuheiten zu 3D-Drucker-Materialien und -verfahren berichten wir auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin-Newsletter (abonnieren).

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