Ultraschall härtet 3D-gedruckte Metallteile

Wellen verdichten die innere Mikrostruktur - Breites Anwendungsspektrum realisierbar. [...]

Hochfrequente Schallwellen verbessern die Eigenschaften gedruckter metallischer Legierungen. Der Ultraschall sorgt dafür, dass sich die innere Mikrostruktur verdichtet. Das haben Forscher an der Ingenieurschule der RMIT University herausgefunden. Laut Forschungsleiter Carmelo Todaro könnten die vielversprechenden Ergebnisse die additive Fertigung mit 3D-Druckern revolutionieren.

Regelmäßige Kristallstruktur

„Wenn man sich die innere Struktur von gedruckten metallischen Bauteilen genauer anschaut, stellt man oft fest, dass sie aus großen Kristallen besteht“, so Todaro. Das führe zu geringer Festigkeit, sodass sie für anspruchsvolle technische Anwendungen häufig ungeeignet seien. Manchmal zerbrächen sie sogar während des Druckvorgangs. „Die Mikrostruktur von Bauteilen, die mit Ultraschall behandelt worden sind, besteht dagegen aus kleinen regelmäßigen Kristallen. Tests haben gezeigt, dass diese Produkte eine um zwölf Prozent höhere Dehnfestigkeit haben als unbehandelte.

Todaros Team hat die Vorteile der Ultraschallbehandlung an zwei unterschiedlichen Legierungen demonstriert. Zum einen war es eine Legierung aus Titan, Aluminium und Vanadium (Ti-6Al-4V), wie sie verbreitet in der Flugzeugherstellung und für biomedizinische Implantate genutzt wird. Andererseits war es Inconel 625, eine nickelbasierte Superlegierung, die vor allem im Schiffbau und in der Erdölindustrie eingesetzt wird.

Deutlich besserer Edelstahl

Während des Druckvorgangs schalteten die Forscher die Ultraschallquelle mal ein, mal aus. Die Unterschiede in der Mikrostruktur ließen sich später in einem Schnittbild ausmachen. „Obwohl wir nur zwei Legierungen untersucht haben, glauben wir, dass das Verfahren auch bei anderen Bauteilen aus Metall für höhere Festigkeit sorgt“, sagt Todaros Kollege Ma Qian.

Er denkt dabei vor allem an Edelstähle sowie Legierungen auf der Basis von Kobalt und Aluminium. „Wir erwarten, dass sich diese Technik auch für größere Bauteile aus den unterschiedlichsten Legierungen eignet, sodass beliebige Bauteile mit höchster Festigkeit hergestellt werden können“, ergänzt Qian.