Metallteile aus dem 3D-Drucker weisen Risse auf: ORNL-Forscher finden Lösung
Die Vorteile, die die additive Fertigung bietet, wurden in Industrien wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilbranche und der Verteidigungsindustrie längst erkannt. So bietet der großformatige 3D-Druck einer Vielfalt an Industrien beispielsweise die Möglichkeit, schnell benötigte Werkzeuge und Bauteile innerhalb kürzester Zeit zu beschaffen sowie Lieferketten zu verkürzen. Diese Art der modernen Fertigung besitzt im Bereich der Herstellung großer Metallstrukturen das Potential, traditionelle Herstellungsverfahren wie den Metallguss zu ersetzen, insbesondere in Anbetracht dessen, dass inländische Kapazitäten der USA zur Produktion großer Metallstrukturen ins Ausland verlagert wurden. Bislang bestand jedoch oftmals das Problem, dass große 3D-gedruckte Metallteile irreparable und mit Kosten verbundene Schäden in Form von Rissen aufwiesen. Wissenschaftler des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des Energieministeriums haben nun die Lösung gefunden, um Metallteile aus dem 3D-Drucker künftig resistenter gegen die während des Druckprozess entstehenden Belastungen zu gestalten.
Das Forschungsprojekt zur Behebung der Materialfehler fand in der Manufacturing Demonstration Facility (MDF) des Energieministeriums am ORNL statt und wurde durch das Programm zur Analyse und Erhaltung der industriellen Basis des Verteidigungsministeriums finanziell unterstützt. Die Schäden der im 3D-Druckverfahren hergestellten Metallteile zu vermeiden und die Produktion effizienter zu machen ist von großer Relevanz, da vor allem hochwertige Industrien wie die Automobilbranche oder die Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung von diesem Verfahren Gebrauch machen. Die Materialschäden haben laut des Forschers und Leiters der Studie Ritin Mathews zur Folge, dass die gedruckten Teile nicht verwendet werden können und im Abfall landen.
Verformung durch Eigenspannungen in den horizontalen und vertikalen Achsen des Materials (Bild: ORNL)
Den Grund für die auftretenden Schäden beim Metalldruck fanden die ORNL-Forscher in den immensen Eigenspannungen im Material, die beim 3D-Druck großer Metallteile zustande kommen. Im Laufe des Heißdruckverfahrens entstehen so die unerwünschten Risse, die sich nachher beim Abkühlen noch weiter vergrößern und nicht mehr rückgängig zu machen sind. „Das Vorhandensein von hohen RS-Werten kann dazu führen, dass sich Risse in der Konstruktion bilden, die die Integrität der Komponenten beeinträchtigen und zu einer geringeren Festigkeit und Ermüdungseigenschaft führen“, äußerten sich Mathews und seine Mitautoren.
Die Lösung zur Vermeidung der Schäden in Metallteilen
Die durch Eigenspannungen verursachten Schäden im Material treten insbesondere beim großformatigen 3D-Druck auf, da hierbei im Gegensatz zur Herstellung kleinerer Teile vermehrt die schmelzbasierte Abscheidung angewendet wird. Den Forschern gelang es, eine simple Lösung gegen die Entstehung der Risse im Material zu finden. Mit Hilfe einer Computermodellierung des Abscheidungsprozesses und der dabei entstehenden Eigenspannung im Metall konnte Stützmaterial hinzugefügt werden. Auf diese Weise konnten scharfe Ecken und 90-Grad-Winkel vermieden werden. Laut Mathews werde durch das Hinzufügen von Material in kritischen Bereichen die Anhäufung von Spannungen gemildert. Mit Hilfe dieser Lösung der Forscher kann eine RS-Konzentration nicht zustande kommen, wodurch die Stabilität des Teils gewährleistet wird. Mehr Informationen erhalten Sie HIER im Artikel des ORNL.
Was halten Sie von der Forschung zur Behebung der Schäden in gedruckten Metallteilen? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.
*Titelbildnachweis: Metallhandwerk und Technik
