NUST MISiS verdoppelt die Stärke von 3D bedrucktem Aluminium

3D gedruckte Titanbauteile werden in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und der Automobilindustrie wegen ihres hohen Festigkeits-/Gewichtsverhältnisses bevorzugt. Eine neue Metallpulverzusammensetzung der Russischen National University of Science and Technology (NUST) MISiS zielt jedoch darauf ab, diese Eigenschaften mit Komponenten aus Aluminium zu kombinieren.

In einer aktuellen Studie, die online in der Zeitschrift Sustainable Materials and Technologies veröffentlicht wurde, beschreiben NUST MISiS-Forscher die Herstellung eines ultrahochreinen Aluminiumoxids (UHPA), das die Festigkeit von 3D-Druckaluminium-Verbundwerkstoffen verdoppelt.

Additive Herstellung unter Verwendung von ultrahochreinem Aluminiumoxid

Die Forschung des NUST MISiS-Teams verwendet Aluminiumgranulate mit einer Reinheit von 99,7%. Durch Oxidation, Alkali- und Säurebehandlung und thermische Kalzinierung bei 1450 °C wird das Granulat zu einem Aluminiumhydroxid verarbeitet.

In jeder Phase des Prozesses messen die Forscher die Verunreinigungen des Oxids, insbesondere Eisen- und Kaliumverunreinigungen, die sich als die problematischsten erwiesen haben. Mit diesen Daten modifiziert das Team dann chemische Behandlungen, Waschen und Kalzinieren, was zu einer UHPA mit einer Reinheit von 99,99% und 99,999% führt.

Verdoppelung der Kraft

Während noch optimale Verarbeitungsbedingungen für das Pulver zu ermitteln sind, nutzt das NUST MISiS-Team das Material bereits, um mittels selektiver Laserschmelze 3D-Druckprototypen zu entwickeln.

“Wir haben eine Technologie zur Stärkung der durch den 3D-Druck erhaltenen Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe entwickelt, und wir haben innovative Vorläufer-Modifikatoren durch Verbrennung von Aluminiumpulvern erhalten”, erklärt Professor Alexander Gromov, Forschungsteamleiter der NUST MISiS-Abteilung für Nichteisenmetalle und Gold. Es sind die besonderen Eigenschaften und die Struktur der Oberfläche, die es ermöglichen, dass die Partikel fest mit der Aluminiummatrix verbunden sind und dadurch die Festigkeit der erhaltenen Verbundwerkstoffe verdoppelt wird.”

Titan ist etwa sechsmal stärker als Aluminium, so dass bei diesem Verfahren ein Drittel der Festigkeit des überlegenen Metalls aus Verbundwerkstoffen besteht.

Kostengünstiger 3D-Druck aus Metall

Einer der Hauptvorteile dieses UHPA-Pulverherstellungsverfahrens ist, dass es kostengünstig ist und eine hohe Rentabilität bei der Anwendung des Materials gewährleistet. Während die Materialkosten bei der Industrialisierung von AM nicht im Vordergrund stehen – das heißt nicht, dass reduzierte Inputkosten nicht der Aufmerksamkeit wert sind.

Der patentierte Fray, Farthing, Chen (FFC)-Prozess von Metalysis ist ein Ansatz zur Senkung der Kosten von Titan-Aluminium-Legierungen, auch in der Entwicklung ist die Scandium-Verarbeitung. Und die Fraunhofer-Gesellschaft hat das futureAM-Projekt “to significantly accelerate” gestartet, um die Kosten für den 3D-Druck von Metallen deutlich zu senken.

“Fortgeschrittener Herstellungsprozess von ultrahochreinem α-Al2O3“, wie in diesem Artikel diskutiert, wird online in Sustainable Materials and Technologies veröffentlicht.