Forscher am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) haben erstmals Bauteile aus einer Edelstahlsorte gedruckt, die selbst Meerwasser trotzt. [...]
Das Material mit der Kennzeichnung „316L“ wird auch für hochwertige Messer, Implantate, Behälter für Atommüll sowie Bauteile für Autos und Flugzeuge verwendet.
Besser als traditionelle Produke
„Die Materialeigenschaften unserer gedruckten Produkte sind besser als die von Bauteilen, die auf traditionelle Weise hergestellt werden“, sagt Materialforscher Morris Wang. Die neue Herstellungsmethode biete die Möglichkeit, Bauteile, die aus Kostengründen aus weniger belastbarem Edelstahl hergestellt werden, aus hochwertigem Material zu fertigen, das selbst höchsten Belastungen gewachsen ist.
„Die Materialeigenschaften unserer gedruckten Produkte sind besser als die von Bauteilen, die auf traditionelle Weise hergestellt werden“, sagt Materialforscher Morris Wang. Die neue Herstellungsmethode biete die Möglichkeit, Bauteile, die aus Kostengründen aus weniger belastbarem Edelstahl hergestellt werden, aus hochwertigem Material zu fertigen, das selbst höchsten Belastungen gewachsen ist.
Das erste Problem, das die LLNL-Forscher und Kollegen von drei weiteren US-Forschungseinrichtungen zu bewältigen hatten, war das Vermeiden von Lufteinschlüssen. Diese bilden sich beim Drucken von metallischen Bauteilen, wenn die winzigen Partikel, die mit Laserwärme miteinander verbunden werden, nicht gleichmäßig erhitzt werden. Poren reduzieren die Qualität der Produkte bis hin zur Unbrauchbarkeit.
In zahlreichen Experimenten und durch Computersimulationen fanden die Wissenschaftler die richtige Kombination aus der Dicke der Metallpulverlagen, aus denen die Bauteile Millimeter für Millimeter emporwachsen sowie der Erhitzung. Damit erreichten sie eine Mikrostruktur, die mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden nicht erreichbar ist.
Feste Mikrostruktur als Schlüssel
„Unsere Mikrostruktur ermöglicht beides – hohe Duktilität und große Härte“, verdeutlicht Wang. Duktilität bezeichnet die Fähigkeit von Stahl, sich plastisch zu verformen, ohne zu brechen oder seine Form dauerhaft zu behalten. Bei normalen Herstellungsmethoden nimmt die Härte ab, wenn die Duktilität wächst – und umgekehrt. Es dauerte einige Jahre, ehe die Forscher die Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und Materialeigenschaften verstanden hatten.
„Unsere Mikrostruktur ermöglicht beides – hohe Duktilität und große Härte“, verdeutlicht Wang. Duktilität bezeichnet die Fähigkeit von Stahl, sich plastisch zu verformen, ohne zu brechen oder seine Form dauerhaft zu behalten. Bei normalen Herstellungsmethoden nimmt die Härte ab, wenn die Duktilität wächst – und umgekehrt. Es dauerte einige Jahre, ehe die Forscher die Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und Materialeigenschaften verstanden hatten.
Fehlerfreie Bauteile herzustellen, ist unmöglich. Die Kunst besteht darin, Fehlergröße und -verteilung so zu steuern, dass die Materialeigenschaften nicht darunter leiden. „Wir fanden heraus, dass die Struktur des Materials den Fehlstellen ermöglicht, sich frei zu bewegen“, sagt Thomas Voisin, der zum Wang-Team gehört. Darauf beruhe die Duktilität. Die Forscher glauben, dass sie auch Leichtmetalle auf Höchstleistung trimmen können, die leicht brechen.
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