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In Anlehnung an die strukturelle Komplexität von Bäumen und Knochen hat ein Team der Washington State University einen Weg gefunden, zwei Arten von Stahl mit Hilfe von zwei Schweißmaschinen in derselben kreisförmigen Schicht zu drucken.
Das Team ließ sich von der Natur inspirieren, indem es geschichtete Ringe aus verschiedenen Materialien kombinierte, ähnlich wie Bäume und Knochen ihre Festigkeit erzielen. Die Ingenieur*innen integrierten Schweißgeräte in eine computergesteuerte CNC-Maschine, um mithilfe einer präzisen Computerprogrammierung und zwei Schweißköpfen Teile herzustellen.
“Die Anwendungsmöglichkeiten sind sehr breit gefächert, denn überall dort, wo geschweißt wird, können nun die Designkonzepte erweitert oder Anwendungen gefunden werden, bei denen ein sehr hartes Material und ein weiches Material fast gleichzeitig kombiniert werden können”, so Amit Bandyopadhyay, Professor an der WSU School of Mechanical and Materials Engineering.
In einer Demonstration druckten zwei Schweißköpfe nacheinander auf einer kreisförmigen Schicht zwei verschiedene Metalle. Dies schuf einen korrosionsbeständigen Edelstahlkern innerhalb einer Hülle aus günstigerem “Baustahl”. Aufgrund der unterschiedlichen Schrumpfungsgeschwindigkeiten der Metalle beim Abkühlen wurde ein Innendruck erzeugt, der die Metalle quasi zusammenklemmte. Tests zeigten eine höhere Festigkeit als Edelstahl oder Baustahl alleine aufweisen.
“Bei dieser Methode werden die Metalle kreisförmig und nicht nur in einer Linie aufgetragen. Damit unterscheidet sie sich grundlegend von dem, was bisher möglich war”, sagt Lile Squires, eine WSU-Doktorandin im Bereich Maschinenbau und Erstautorin der Studie. “Wenn man im Kreis geht, kann ein Material das andere Material umarmen, was nicht möglich ist, wenn man in einer geraden Linie oder in Sandwich-Schichten druckt.
“Bei diesem Konzept werden beide Schweißer gedruckt, so dass wir mehrere Materialien in derselben Schicht verwenden können, was Vorteile bringt, wenn sie sich verbinden”, so Bandyopadhyay. “Und es muss nicht bei nur zwei Materialien bleiben. Es kann erweitert werden.”
Die Technik könnte in Zukunft in der Medizintechnik oder sogar in der Raumfahrt eingesetzt werden. Für diese Entwicklung wurde eine vorläufige Patentanmeldung eingereicht.
