Forscher beobachten Metall-3D-Druck mit Röntgenstrahlen in Echtzeit

Wissenschaftler der Cornell University haben die Mikrostrukturentstehung beim 3D-Druck von Metallen mittels Röntgenstrahlung untersucht. Durch die Echtzeit-Beobachtung wollen sie den Prozess besser verstehen und so gezielt verbesserte Materialeigenschaften erzeugen.

Bei dem Experiment kam ein mobil aufgebauter 3D-Metalldrucker am Cornell High Energy Synchrotron Source zum Einsatz. Während des Druckvorgangs wurde das Pulverbett aus einer Nickelbasislegierung mit fokussierter Röntgenstrahlung durchleuchtet.

Anhand der Beugungsmuster konnten die Forscher um Professorin Atieh Moridi Rückschlüsse auf die entstehende Mikrostruktur ziehen. Im Gegensatz zur üblichen nachträglichen Analyse erfolgte dies hier in Echtzeit während des Drucks.

Laut den Wissenschaftlern offenbarte diese Methode einzigartige Einblicke in die Wechselwirkung von thermischen und mechanischen Effekten beim 3D-Druck. Beobachtet wurden Phänomene wie Torsion, Biegen, Fragmentierung und Schwingung auf Mikroebene.

Langfristig erhoffen sich die Forscher, durch das Verständnis der Vorgänge die Eigenschaften von 3D-gedruckten Metallbauteilen gezielt beeinflussen zu können. Die Echtzeit-Analyse per Röntgenstrahlung soll künftig auch auf andere Materialien wie Titanlegierungen angewendet werden.

Die Arbeit der Gruppe mit dem Titel “Dendritic Deformation Modes in Additive Manufacturing Revealed by Operando X-Ray Diffraction” wurde am 10. Oktober in Nature Communications Materials veröffentlicht. Die Hauptautorin ist die Doktorandin Adrita Dass, M.S. ’20.