Air Force entwickelt neue Hochtemperatur-Materialien für 3D-Druck

Forscher des Air Force Research Laboratory (AFRL) in den USA arbeiten gemeinsam mit dem NASA Glenn Research Center und der University of Louisville an neuartigen Materialien für den 3D-Druck. Erst kürzlich konnte ein Durchbruch mit ein einem Hochtemperatur-Verbundwerkstoff erzielt werden. Die damit gedruckten Teile können extremen Belastungen und Temperaturen standhalten.

Genauer gesagt handelt es sich bei dem Material um einen Polymermatrix-Verbundwerkstoff bestehend aus Duroplast Kunstharz versetzt mit Carbonfasern. Polymermatrix-Verbundwerkstoffe sind aufgrund des leichten Gewichts und ihrer Fähigkeit, extremen Belastungen bei hohen Umgebungstemperaturen standhalten zu können, von großem Interesse für die Air Force. Mit Hilfe solcher Materialien soll die Reichweite von Flugzeugen erhöht werden, während der Treibstoffverbrauch gesenkt wird.

Über 300°C hitzebeständig

Polymer-Verbundwerkstoffe bestehen meist aus Fasern, wie zB Glas, die in eine Matrix, ein Epoxidharz oder andere Materialien eingebettet werden.

“Dies ist ein bedeutender Durchbruch in der Additiven Fertigung von Verbundwerkstoffen,” sagt Dr. Hilmar Koerner. “Diese 3D-gedruckten Teile können Temperaturen von über 300°C standhalten und haben somit Potential für Komponenten in Turbinentriebwerken oder anderen heißen Bereichen rund um den Motorauslass eingesetzt zu werden.”

SLS-Verfahren

Das Forscherteam hat für die Herstellung der Teile Selektives Lasersintern als 3D-Druckverfahren eingesetzt. In ersten Versuchen konnten Koerner und sein Team feststellen, dass sich das Polymer zwar gut mit dem Prozess verarbeiten ließ, jedoch nach dem Entfernen aus dem Pulverbett zerronnen ist.

Daraufhin entschloss man sich dem Harz Carbonfasern hinzuzufügen, welche dazu führen, dass der Laser das Material schneller erhitzt indem die Laserenergie und Hitze viel schneller als nur vom Polymer alleine absorbiert wird. Somit verhaken sich die Moleküle besser ineinander um eine stabile Struktur zu formen.

Das damit erzielte Ergebnis ist laut Aussage der Forscher das Material mit der bislang höchsten Temperaturbeständigkeit im 3D-Druck.

“Hochtemperaturmaterialien sind berüchtigt dafür teuer und nur schwer zu verarbeiten zu sein,” fügt Dr. Jeffery Baur hinzu. “Dieser Durchbruch wird es uns ermöglichen hochtemperaturbeständige Verbundteile kosteneffizient mittels Additiver Fertigung herzustellen.”

Bislang wurde eine Reihe von kleineren Testkomponenten mit dem neuartigen Material gedruckt. In einem nächsten Schritt soll nun der Einsatz für größere Teile demonstriert werden.