Im Army Research Laboratory der U.S. Army arbeiten Materialforscher an einer Stahllegierung zur Herstellung von ultrafesten Metallteilen mit dem 3D-Drucker. Die Forscher sind nun einen entscheidenden Schritt vorangekommen und haben ihre Zwischenergebnisse in einem Bericht und Videobeitrag vorgestellt.

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Im Army Research Laboratory des U.S. Army Combat Capabilities Development Command fertigen Wissenschaftler in der Materialherstellung mit einem 3D-Drucker komplizierte Geometrien mit ultrahoher Festigkeit unter Verwendung einer von der Luftwaffe erfundenen Stahllegierung.

„Ich denke, es wird die Logistik wirklich revolutionieren“, sagte Dr. Brandon McWilliams, ein Teamleiter in der Abteilung für Fertigungswissenschaft und -technologie des Labors. „Additive Herstellung wird einen großen Einfluss auf die Nachhaltigkeit haben.“. Das schreibt die U.A. Army in einem Artikel auf Ihrer Website und hat dazu auch ein Video veröffentlicht (am Ende dieses Artikels).

Während der Fortschritt konstant voranschreitet, sagt McWilliams weiter, dass die additive Herstellung zuverlässiger 3D-Druckmetallteile in komplexen Geometrien noch lange nicht ausgereift sei, aber die zu erwartenden Vorteile beträchtlich sein werden.

Hintergründe zum Verfahren

Die Forscher der U.S. Army verwenden die Pulverform AF96, eine ultra-starke Spezialstahllegierung, die ursprünglich von der U.S. Air Force für das Powder Bed Fusion 3D-Druckverfahren entwickelt wurde, eine pulverbasierte 3D-Drucktechnik. Im Gegensatz zum Binderstrahl-3D-Druck, bei dem die Partikel des Baumaterials mit einer Bindemittelflüssigkeit verklebt werden, verwenden die Pulverbett-Schmelzverfahren einen Elektronenstrahl als Energiequelle für den Schmelzprozess. Der Laser des 3D-Druckers schmilzt das Pulver selektiv in einem Muster, und der Drucker beschichtet dann die Bauplatte mit einer weiteren Pulverschicht und der Prozess wiederholt sich.

Das resultierende Teil hat komplizierte Designmerkmale, die keine herkömmliche Form mit klassischen Fertigungsverfahren erzeugen könnte, so die Forscher. Sie sagen außerdem, dass diese Stahllegierung erstaunliche Qualitäten und vor allem potenzielle Anwendungen für Bodenfahrzeug-Ersatzteile hat.

Einsatzbereiche

Geplant sind zwei Strategien. Eine für die Aufrechterhaltung des Schlachtfeldes, den Austausch bestehender Teile und unterstützender Legacy-Systeme, und die zweite soll den Einsatz der Technologie für Zukunftssysteme möglich machen.

„Hier sind wir stärker in die OEMs und die Industrie integriert, um die Dinge zu sehen, an denen sie arbeiten, und um zu sehen, wie wir die Dinge besser machen können, um den Stand der Technik wirklich zu verbessern“, sagte McWilliams.

Die Luftwaffe entwickelte diese Legierung zunächst für Bunkerausbruch-Bombenanwendungen. Sie brauchten ein Metall, das sehr hochfest und hochhart war, aber sie brauchten es auch, um wirtschaftlich zu sein.

„Das Schöne daran für die Armee ist, dass sie ein breites Anwendungsspektrum hat. Wir haben Interesse von der Gemeinschaft der Bodenkampffahrzeuge, so dass sie für Ersatzteile verwendet werden können“, sagte McWilliams. „Viele unserer Teile in Bodenfahrzeugen sind heute aus Stahl. Das könnte also als Ersatz genommen werden, ohne sich um die Materialeigenschaften kümmern zu müssen, weil man weiß, dass es besser wird.“

Derzeit arbeitet das Labor eng mit der Industrie und akademischen Forschern zusammen, um neue Legierungsdesigns zu modellieren, die rechnergestützte Thermodynamik durchzuführen und den Prozess zu beschleunigen, um die Materialien an die Soldaten zu bringen.

„Wir haben eine Roadmap entwickelt, und das ist ein integrierter Plan, der sich nun auf die Unterstützung unserer Modernisierungsprioritäten konzentriert, aber wir sind auch eng mit der Gemeinschaft der Bodenkampffahrzeuge verbunden“, sagte McWilliams.

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