Neues SLM-Verfahren stellt gleichzeitig feste und formbare Metallteile her

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Einem Wissenschaftler-Team aus Großbritannien, Schweden und China ist es erstmals gelungen Metallteile am 3D-Drucker herzustellen, die gleichzeitig fest und formbar sind. Das Verfahren könnte zur Herstellung von hochbelastbaren Bauteilen für die Raum- und Luftfahrt sowie die Automobilindustrie eingesetzt werden.

Mit einem neuen selektiven Laserschmelzverfahren (SLM) haben die Forscher der Universitäten in Birmingham, Stockholm und Zhejiang einen Durchbruch bei der Additiven Fertigung von Metallteilen erzielt. Durch die Optimierung von Prozessparametern während des 3D-Drucks konnten Objekte aus Edelstahl hergestellt werden, die gleichzeitig eine hohe Festigkeit als auch Duktilität aufweisen – Eigenschaften die sich bei Metallen grundsätzlich ausschließen. Dies bedeutet, dass die mit dem Verfahren hergestellten Teile sehr fest und trotzdem gut formbar sind.

Dr. Leifeng Liu von der University of Birmingham erklärt:

„Festigkeit und Duktilität sind natürliche Feinde. Die meisten Methoden, mit denen sich die Festigkeit von Metallen erhöhen lassen, führen infolgedessen zu einer geringeren Duktilität.“ Er führt fort: „Mit 3D-Druck lassen sich Objekte herstellen, deren Formen bislang nicht realisierbar waren. Unsere Arbeit zeigt, dass damit nun auch die Möglichkeit besteht, die nächste Generation von Legierungen für Strukturen mit bedeutenden Verbesserungen hinsichtlich Stärke und Duktilität herzustellen.“

Möglich macht die Kombination der beiden Eigenschaften eine ultraschnelle Abkühlungsgeschwindigkeit, die von 1000°C pro Sekunde zu 100 Millionen °C pro Sekunde erhöht wurde. Dies ist in der Massenproduktion von Metallen nicht möglich, lässt sich aber bei 3D-Druckverfahren umsetzen. Metalle die so schnell herunter gekühlt werden befinden sich ein einem Nicht-Gleichgewichtszustand, wodurch sich Mikrostrukturen wie Versetzungsnetzwerke (Fehler im Kristallgitter) bilden können. Dies führt zu den verbesserten mechanischen Eigenschaften der Teile.

„Diese Arbeit stellt Forschern ein komplett neues Mittel zum Design von Legierungssystemen mit besonderen mechanischen Eigenschaften zur Verfügung. Zudem verschafft es dem Metall-3D-Druck Zugang zu Bereichen in denen hochwertige mechanische Eigenschaften gefordert werden, wie beispielsweise für Strukturteile in der Raum- und Luftfahrt als auch der Automobilindustrie.“

Die Studie mit dem Titel „Dislocation network in additive manufactured steel breaks strength–ductility trade-off“ wurde im Fachjournal Materials Today veröffentlicht.