Einstufiges 3D-Druckverfahren zur Erstellung von Strukturen aus zwei verschiedenen Materialien

Ein Forschungsteam der Washington State University hat einen einstufigen, dreidimensionalen Druckprozess entwickelt, um Strukturen zu drucken, die aus zwei völlig verschiedenen Materialien bestehen.

Diese Entwicklung könnte eine neue Methode darstellen, welche Herstellern erlaubt, ihre Produktionsschritte zu reduzieren und eine einzige Maschine zu verwenden, um komplexe Produkte mit mehreren Komponenten in nur einer Operation zu entwickeln. Bislang war der 3D-Druck, auch additive Fertigung genannt, meist auf die Verwendung eines einzelnen Materials beschränkt.

Unter der Leitung von Amit Bandyopadhyay, Herman und Brita Lindholm, Stiftungsprofessorin an der Fakultät für Maschinenbau und Materialtechnik, nutzte das Forscherteam die 3D-Drucktechnologie zum Drucken von Keramik- und Metallstrukturen sowie eines an einem Ende unmagnetischen und am anderen magnetischen Bimetalls. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Mai-Ausgabe von Additive Manufacturing veröffentlicht.

Einstellung der Produkteigenschaften

Der 3D-Druck hat eine Reihe von industriellen Praktiken neu definiert und die Protokolle des Produktdesigns erheblich beeinflusst. Personen, die ein individuelles Teil benötigen, können dieses Teil auf einem Computer entwerfen und einfach ausdrucken.
Umgekehrt können Hersteller Teile drucken, indem sie nur ein einziges Material in einen Drucker einlegen. Die Fähigkeit, mehr als ein Material gleichzeitig zu verwenden, ermöglicht es ihnen, eine Reihe von Eigenschaften wie Korrosionsschutz und Wärmeleitung besser zu kontrollieren und auch die Umweltanpassung in ihren Materialien zu kontrollieren.

„Dies ist ein Schritt in Richtung der nächsten Fertigungsstufe und der nächsten Generation von Design, Validierung, Optimierung und Fertigung mittels 3D-Druck “, sagt Professor Amit Bandyopadhyay von der Washington State University.

Verbindung ohne Klebstoffe

Sobald der 3D-Druck erst einmal eingeführt wurde, müssen die Hersteller nicht mehr die Verbinder oder Klebstoffe verwenden, die derzeit für die Herstellung von Multimaterialprodukten benötigt werden.

“Sie könnten zwei sehr starke Materialien miteinander verbinden, aber ihre Verbindung wird nur so stark sein wie ihr Klebstoff. Multimaterialien in der additive Fertigung helfen den Schwachpunkt loszuwerden”, erklärt Professor Bandyopadhyay.

Mit einem Laser-basierten 3D-Drucker schlossen die Forscher, zu denen auch die Studenten Bonny Onuike und Bryan Heer gehörten, die Materialien in einem Schritt zusammen und druckten dann eine Kupfer- und Nickel-Chrom-Struktur aus.

Die Nickel-Chrom-Legierung Inconel 718 wird für Blechteile für Flugzeugtriebwerke und in Flüssigbrennstoffraketen verwendet. Während dieses Material hohe Temperaturen beträchtlich aushalten kann, kühlt es sehr langsam ab.

Nach dem Hinzufügen von Kupfer zum 3D-Druckprozess fanden die Forscher jedoch heraus, dass das Teil um 250% schneller gekühlt werden konnte, was letztlich zu einer höheren Kraftstoffeffizienz und einer längeren Lebensdauer von Flugzeugtriebwerken führen kann.

Update 1. Juni 2018: In einer ersten Version des Artikels entstand der Eindruck, dass der Druck von mehreren unterschiedlichen Metallen in einem Prozess bisher nicht möglich gewesen sei. Es gibt jedoch auch jetzt schon 3D-Drucker, welche ähnliche Ansätze verfolgen.