Liquid Metal Printing soll 10 Mal schneller sein als andere Verfahren für 3D-Metalldruck
Was wäre, wenn man große Metallteile schnell und kostengünstig in 3D drucken könnte? Diese Frage stellte sich ein Team des MIT, genauer gesagt des MIT Self-Assembly Lab, das die derzeitigen Beschränkungen des 3D-Drucks von Metall umgehen wollte. Sie haben ein Verfahren namens Liquid Metal Printing (LMP) entwickelt, das dem Freiform-Gießen ähnelt: Konkret wird geschmolzenes Metall in einen Bottich mit 100-Mikron-Glaskügelchen (die an Pulver erinnern) extrudiert, die einem vordefinierten Weg folgen. Von dort aus kann das Material aushärten und das gewünschte Teil formen. Eine Stütze ist nicht erforderlich, da die Glasperlen als Form für das geschmolzene Metall dienen. Bisher hat das Team mehrere Versuche mit Aluminium durchgeführt und dabei sehr hohe Druckgeschwindigkeiten erreicht: Das Verfahren soll unabhängig von der Größe des Teils zehnmal schneller sein als andere Metalltechnologien auf dem Markt.
Das 3D-Drucken von Granulaten ist an sich nichts Neues, aber es wird im Allgemeinen mit Polymeren und Silikonen durchgeführt. Die Verwendung von Metallen ist komplizierter, nicht nur wegen der erforderlichen Schmelztemperatur, sondern auch wegen der Einschränkungen bei der Extrusion – geschmolzenes Aluminium kann nicht durch irgendeine Düse extrudiert werden, ohne zu korrodieren und es zu zerstören. Skylar Tibbits, außerordentlicher Professor am Fachbereich Architektur und Co-Direktor des Self-Assembly Lab, und seine Kollegen haben daran gearbeitet, die Volumen- und Zeitbeschränkungen der additiven Fertigung von Metallen zu überwinden. Derzeit ist nur das WAAM-Verfahren für große Stückzahlen geeignet, aber es ist im Vergleich zu den so genannten traditionellen Herstellungsverfahren zu langsam. Hier setzt LMP an und versucht, Geschwindigkeit und Großformat in Einklang zu bringen.
Das geschmolzene Metall wird in der Pulverpfanne deponiert
Wie funktioniert Liquid Metal Printing?
Der LMP-Drucker besteht aus drei wesentlichen Teilen: der Düse und einem speziell angefertigten Elektroofen, dem Druckbett und einem Temperaturregler, der die genaue Steuerung der Aluminiumtemperatur vom Ofen bis zur Düse gewährleistet. Dieser speziell angefertigte 5-kW-Ofen ist die Wärmequelle und kann einen Graphittiegel enthalten, um das Metall vor dem Extrudieren flüssig zu halten. Die Düse selbst stellte eine Reihe von Herausforderungen dar: Bei allen additiven Fertigungsverfahren geht es unter anderem darum, die Korrosionsbeständigkeit der mechanischen Komponenten der Maschine sicherzustellen. Wie Sie sich vorstellen können, kann geschmolzenes Metall nicht durch irgendeine Düse extrudiert werden. Daher führte das Team mehrere Tests durch, bevor es eine Keramikdüse entwickelte.
In Tests druckte das Team Stühle, Tischbeine und dekorative Gegenstände. Sie behaupten, dass die Druckgeschwindigkeiten 10-mal schneller sind als die von handelsüblichen 3D-Druckverfahren für Metall. Es wurden verschiedene Bahnen getestet – spiralförmig, gerade, mit sich überschneidenden Bahnen, usw. – und die Ergebnisse sind beeindruckend. Wenn wir uns die Druckqualität ansehen, stellen wir fest, dass sie immer noch grob ist – die Ästhetik ist nicht auf der Höhe der Zeit und der derzeitigen technologischen Möglichkeiten. Das ist etwas, auf das sich das Team in Zukunft konzentrieren muss.
Die Tischbeine wurden im 3D-Druckverfahren aus Flüssigmetall hergestellt.
Dem Team zufolge ist die derzeitige Grobauflösung des LMP-Verfahrens mit der von WAAM vergleichbar, da diese Verfahren eine strategische Nachbearbeitung erfordern. Dennoch ist das LMP-Verfahren mindestens zehnmal schneller und könnte mit einer effizienteren Erwärmung Verarbeitungsraten von mehr als zehn Kilogramm pro Stunde erreichen und sich damit der Verarbeitungsrate des Spritz- oder Druckgussverfahrens mit etwa 100 Kilogramm pro Stunde annähern. Einer der Vorteile der LMP-Technologie gegenüber anderen additiven Metallherstellungsverfahren ist der einzigartige thermische Zyklus eines Drucks. Im Gegensatz zum WAAM-Verfahren, bei dem das Teil nacheinander aufgeschmolzen und abgekühlt wird, um seine Struktur zu erhalten, unterstützt der beim LMP-Verfahren verwendete granulare Träger das geschmolzene Material während des gesamten Druckvorgangs.
Letztendlich soll recyceltes Aluminium verwendet werden, das eingeschmolzen wird, um Objekte mit dem LMP-Verfahren herzustellen. Das Team muss noch eine Reihe von Punkten verbessern, vor allem die Auflösung und die Flusskontrolle, aber die Technologie sieht vielversprechend aus! Tibbits schlussfolgert: „Wenn wir diese Maschine zu einem Gerät machen könnten, mit dem man tatsächlich recyceltes Aluminium einschmelzen und Teile drucken könnte, wäre das ein Durchbruch in der Metallherstellung. Im Moment ist sie noch nicht zuverlässig genug, um das zu tun, aber das ist das Ziel.“ Weitere Informationen über Liquid Metal Printing finden Sie HIER.
Ein weiteres Beispiel für eine mit dem Flüssigmetalldruckverfahren gedruckte 3D-Form.
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*Bildnachweise: MIT Self-Assembly Lab
