Einem internationalen Forscherteam unter Leitung der Universität Cambridge ist es gelungen, eine neue Methode zu entwickeln, mit der die Eigenschaften von 3D-gedrucktem Metall durch den Einsatz von Hochenergie-Lasern verbessert werden können, ohne die komplexen Formen zu beeinträchtigen. Die Forschungsergebnisse wurden unter dem Titel „Additive Fertigung von Legierungen mit programmierbarem Gefüge und Eigenschaften“ veröffentlicht.
Die additive Fertigung, bekannt als 3D-Druck, entwickelt sich stetig weiter und wird zunehmend zu einem wichtigen Instrument in Engineering und Herstellung. Doch trotz ihrer Vorteile gibt es Herausforderungen, die es zu meistern gilt. Beim 3D-Drucken von Metall wird üblicherweise eine Maschine verwendet, die dünne Schichten einer Metalllegierung in Pulverform aufträgt. Diese Schichten werden dann mit einem Laser oder Elektronenstrahl geschmolzen oder gesintert, gefolgt von weiteren Schichten, bis das Objekt fertiggestellt ist. Nach dem Druckvorgang wird das überschüssige Pulver entfernt und das Endprodukt kommt zum Vorschein.
Präzisionsarbeit ohne „Hitze & Hämmer“
Das Problem bei herkömmlichen Verfahren ist die Notwendigkeit, nicht nur die Form, sondern auch die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften des Metalls zu kontrollieren. Hier setzt die Innovation der Cambridge-Forscher an, die eine Alternative zu den traditionellen Methoden des Erhitzens und Hämmerns von Metall gefunden haben.
Das Team um Dr. Matteo Seita aus der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Cambridge hat eine Technik entwickelt, bei der selektiv kleine Bereiche des fertigen Objekts aus Edelstahl mit einem Laser behandelt werden, um die kristalline Struktur zu verändern. Diese Technik erlaubt es, die Druckmetalle zu stärken und gleichzeitig die typische Sprödigkeit zu reduzieren. „Wir denken, dass diese Methode dabei helfen könnte, die Kosten des Metall-3D-Drucks zu senken, was wiederum die Nachhaltigkeit der metallverarbeitenden Industrie verbessern könnte“, erklärt Dr. Seita.
Ausblick und Potenzial
Die Methode bietet eine Feinabstimmung der Materialbeschaffenheit auf mikroskopischer Ebene und kann so die Eigenschaften des gesamten Objekts sowie spezifischer Abschnitte beeinflussen. Dies ist vergleichbar mit traditionellen Techniken zur Herstellung hochwertiger Schwertklingen, bei denen verschiedene Metalle kombiniert werden.
Dr. Seita und sein Team sehen großes Potenzial:
„In naher Zukunft hoffen wir auch, die Behandlung bei niedriger Temperatur im Ofen umgehen zu können, was die Anzahl der Schritte vor dem Einsatz von 3D-gedruckten Teilen in Ingenieuranwendungen weiter reduzieren würde.“
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