Home Forschung & Bildung Forscher entwickeln Methode zum fehlerfreien 3D-Druck von hartem Stahl

Forscher entwickeln Methode zum fehlerfreien 3D-Druck von hartem Stahl

Ein Forscherteam der Texas A&M University und des Air Force Research Laboratory (AFRL) hat eine Technik für den 3D-Druck fehlerfreier Teile aus martensitischem Stahl entwickelt, einer Stahlvariante mit überlegener Festigkeit und kostengünstiger in der Herstellung. Der harte Stahl findet unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Verteidigungsindustrie Anwendung.

“Starke und zähe Stähle haben enorme Anwendungsmöglichkeiten, aber die stärksten Stähle sind in der Regel teuer – die einzige Ausnahme sind martensitische Stähle, die relativ preiswert sind und weniger als einen Dollar pro Pfund kosten”, erklärte Ibrahim Karaman, Leiter der Abteilung für Werkstoffwissenschaften und -technik. “Wir haben einen Rahmen entwickelt, sodass der 3D-Druck dieser harten Stähle in jeder gewünschten Geometrie möglich ist und das Endobjekt praktisch fehlerfrei ist.”

Im Gegensatz zu vielen Arten von Stahllegierungen, die aus einer Kombination oder aus Eisen und anderen Elementen wie Kohlenstoff bestehen, werden martensitische Stähle durch Erhitzen der Stähle auf eine extrem hohe Temperatur und anschließendes schnelles Abkühlen hergestellt. Die Abkühlung bewirkt, dass Kohlenstoffatome in Eisenkristallen eingeschlossen werden, was zu einer ausgezeichneten Festigkeit führt. Die Verwendung eines lasergestützten AM-Prozesses zur Herstellung von Teilen aus martensitischen Stählen könnte mehr geometrische Freiheit für Anwendungen aus martensitischen Stählen ermöglichen.

Bisher war jedoch die Verwendung eines lasergestützten AM-Prozesses mit den harten Stahlpulvern mit dem Risiko von Defekten verbunden, einschließlich der Bildung von Poren innerhalb des Materials.

In seiner Arbeit verwendete das Texas A&M-Team ein vorhandenes mathematisches Modell, das beim Schweißen verwendet wird, um das Schmelzmuster einer einzelnen Schicht martensitischen Stahlpulvers unter Verwendung verschiedener Lasergeschwindigkeits- und Leistungsparameter vorherzusagen. Das Team analysierte dann die Anzahl der Defekte sowie die Art der Defekte in diesen Modellen und passte die Einstellungen an, um die Ergebnisse und die Vorhersagefähigkeit zu verbessern.

Dies führte schließlich zur Schaffung eines Frameworks mit der Fähigkeit, korrekt vorherzusagen, ob ein neuer ungetesteter Satz von Lasereinstellungen zu Defekten im bedruckten Stahl führen würde. Diese innovative Vorhersagetechnik wird die Durchlaufzeiten für die Bewertung und das Finden der geeigneten Druckparameter für martensitische Stähle reduzieren.

Das Paper ist unter dem Titel “An ultra-high strength martensitic steel fabricated using selective laser melting additive manufacturing: Densification, microstructure, and mechanical properties” in der Fachpublikation Acta Materialia erschienen. Die Arbeit kann in voller Länge hier kostenlos gelesen werden.

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