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Im Rahmen des Programms für nukleare Energieerzeugungstechnologien (NEET) des US-Energieministeriums erhielt ein Forscher-Team der Swanson School of Engineering eine Förderung in Höhe von 1 Million Dollar, um Kernkraftwerkskomponenten mit additiver Fertigung zu entwickeln sowie zu realisieren.
Eine der größten Herausforderungen bei der Verwendung additiver Fertigungsprozesse sind Stützstrukturen. Grundsätzlich stellen diese die strukturelle Integrität der Komponente während des Drucks sicher. Die Herausforderung beginnt jedoch erst beim Entfernen dieser Stützstrukturen nach der Fertigung, denn dieses Vorhaben gestaltet sich nicht nur sehr schwer, sondern ebenso immens teuer. Vor allem die Nuklearindustrie hat mit der kosteneffektiven Herstellung komplexer Komponenten zu kämpfen.
Um diese Herstellung künftig zu vereinfachen beziehungsweise zu erforschen, erhielt ein Forscher-Team der Swanson School of Engineering, eine Einrichtung der University of Pittsburgh, eine Förderung in Höhe von 1 Million-US-Dollar vom US-amerikanischen Energieministerium. Diese Förderung wurde im Rahmen des Programms für nukleare Energieerzeugungstechnologien (NEET) gewährt.
Unter der Leitung von Albert To, Associate Professor für Maschinenbau und Materialwissenschaften (MEMS) an der Swanson School, möchten die Forscher primär innovative, auflösbare Träger, Topologieoptimierung sowie ein verbessertes Mikrostrukturdesign entwickeln. Sollte dieses Vorhaben gelingen, hat es das Potenzial, die Kernkomponenten-Herstellung auf dem neuesten Stand der Technik kosteneffizient mit minimaler Verzerrung und größerer struktureller Integrität zu ermöglichen.
“Es gibt immer noch viele Lücken im wissenschaftlichen Verständnis der additiven Fertigung, vor allem die Optimierung des Montageprozesses bei gleichzeitiger Reduzierung von Baufehler und Kosten”, erklären Dr. To und Co-Forscher Wei Xiong. “… Durch die Integration von lösbaren Trägern, Topologieoptimierung und Mikrostrukturdesign haben wir die Möglichkeit, die Nachbearbeitungskosten für AM-Komponenten drastisch zu reduzieren und gleichzeitig die Herstellbarkeit von Designs mit komplexen internen Funktionen, wie sie in der Nuklearindustrie benötigt werden, zu gewährleisten.”
Owen Hildreth, Co-Forscher sowie Assistant Professor für Maschinenbau an der Colorado School of Mines, ist der Ansicht die Nachbearbeitung erfordere zwischen 30% und 70% der Herstellungskosten für AM-Produkte. Der größte Teil dieser Kosten fließt nach Hildreth’s Aussage in die Entfernung der Stützstrukturen.
“Unsere auflösbare Unterstützungstechnologie wird die Herstellungskosten um 20 Prozent senken und die Fertigungspläne um mindestens sechs Monate verbessern”, erklärte Hildreth. “Diese Arbeit wird dazu beitragen, lösbare Unterstützung nicht nur für nukleare Anwendungen, sondern auch für die breitere AM-Community von Metallen bereitzustellen, so dass die Kosten erheblich gesenkt werden können. Metal AM wird in fünf Jahren voraussichtlich eine 21,2 Milliarden US-Dollar teure Industrie sein, und diese diskontinuierlichen lösbaren Trägermaterialien könnten der Industrie 10 Milliarden US-Dollar einsparen und gleichzeitig die Konstruktionsfreiheit erweitern und die Nachbearbeitung reduzieren.”
