Die NASA hat mit der GRX-810-Metalllegierung ein neues 3D-Druck-Material für Anwendungen in Hochleistungssystemen der Luft- und Raumfahrt vorgestellt. Das Material soll Temperaturen von über 1090 °C standhalten. Um die Leistung des Materials zu erreichen, hat die NASA die 3D-Druck-Technologie mit thermodynamischer Modellierung kombiniert.

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Die NASA hat in einer Pressemitteilung eine neue Metalllegierung für den 3D-Druck vorgestellt, die sich für Anwendungen in Hochleistungssystemen in der Luft– und Raumfahrt eignet. Die durch Oxiddisperison verstärkte (ODS) Legierung GRX-810 ist ein Metall, das Oxidpartikel im Nanomaßstab enthält und Festigkeit und Haltbarkeit kombiniert. Das Material soll Temperaturen von über 1090 °C standhalten und ist formbarer als vergleichbare Legierungen.

Details zur GRX-810-Legierung

Die neue Legierung soll für Systeme wie Raketentriebwerke eingesetzt werden und eine verbesserte Treibstoffeffizienz und niedrigere Wartungskosten ermöglichen. Die NASA hat damit eine 3D-gedruckte Turbinentriebwerksbrennkammer hergestellt. Das monolithische Teil wird zum Mischen von Brennstoff und Luft genutzt.

Turbinentriebwerksbrennkammer aus dem 3D-Drucker
Mit der GRX-810-Legierung druckte die NASA eine Turbinentriebwerksbrennkammer (im Bild) in 3D (Bild © NASA).

Die Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen der NASA zielen darauf ab, verbesserte mechanische Eigenschaften unter extremen Umgebungsbedingungen zu ermöglichen. Bei 1090 °C hat GRX-810 im Vergleich zu neuen Legierungen die doppelte Bruchfestigkeit, die dreieinhalbfache Duktilität und Formbarkeit und die über 1.000-fache Haltbarkeit unter Belastung.

Dale Hopkins, stellvertretender Projektmanager des Transformational Tools and Technologies-Projekts der NASA, sagte:

„Dieser Durchbruch ist revolutionär für die Materialentwicklung. Neue Arten von stärkeren und leichteren Materialien spielen eine Schlüsselrolle, da die NASA darauf abzielt, die Zukunft des Fliegens zu verändern. Früher verringerte eine Erhöhung der Zugfestigkeit normalerweise die Fähigkeit eines Materials, sich vor dem Bruch zu dehnen und zu biegen, weshalb unsere neue Legierung bemerkenswert ist.“

Thermodynamische Modellierung

Um die Leistung des Materials zu erreichen, hat die NASA die 3D-Druck-Technologie mit thermodynamischer Modellierung kombiniert, mit der sie genau bestimmen konnten, welche Metalle in welchen Mengen kombiniert werden sollten. Für die ODS-Legierung musste die NASA erst Computermodelle verwenden, um die Zusammensetzung von GRX-810 zu optimieren. Mit laserbasiertem 3D-Druck konnten sie die nanoskaligen Oxide gleichmäßig in der Matrix der Legierung verteilen, was zur Temperaturbeständigkeit und Festigkeitseigenschaften führte. Der thermodynamische Modellierungsansatz ermöglichte es dem NASA-Team, die optimale Legierungszusammensetzung in nur 30 Simulationen zu ermitteln.

Tim Smith, Materialforscher am Glenn Research Center der NASA in Cleveland, sagte:

„Die Anwendung dieser beiden Prozesse hat die Geschwindigkeit unserer Materialentwicklung drastisch beschleunigt. Wir können jetzt neue Materialien schneller und mit besserer Leistung als zuvor herstellen.“

Über weitere Neuheiten zum Metall-3D-Druck und dem 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt berichten wir regelmäßig neu im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).

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