Forscher erzeugen Superstahl per 3D-Druck

Erstmals ist es Forschern der University of Wisconsin-Madison gelungen, per 3D-Druck komplexe Bauteile aus besonders festem und korrosionsbeständigem Edelstahl herzustellen, der unter dem Kürzel "17-4-PH" bekannt ist. Dieses Material wird für besonders stark belastete Bauteile im Maschinen- und Schiffbau verwendet. Bisher lassen sich nur Formen verwirklichen, die mit klassischen Bearbeitungsmethoden wie Fräsen, Schleifen und Bohren erreichbar sind. Im 3D-Druck, auch additive Fertigung genannt, werden dagegen beliebige Formen möglich.

Schwierige Entwicklung

Druckversuche mit diesem Material gingen bisher stets schief. Die Bauteile waren weit weniger belastbar als die klassisch hergestellten, weil sich die Kristallstrukturen, die sich beim Drucken bildeten, grundlegend von denen unterschieden, die 17-4-PH normalerweise hat. Die Forscher haben den Prozess jedoch nun so optimiert, dass die gewohnten inneren Strukturen des Materials durch den Druck nicht beeinträchtigt werden.

Das gelang durch Röntgenbilder, die während des Drucks aufgenommen wurden. Durch Änderungen der Parameter, wie Temperatur und Schnelligkeit des Drucks, näherten sich die Wissenschaftler dem Optimum. Sie konnten während des Druckprozesses in das Material hineinschauen, weil sie eine der weltweit stärksten Röntgenquellen nutzten, die Advanced Photon Source (APS) des Argonne National Laboratory in Lemont im US-Bundesstaat Illinois.

Schnelligkeit bedeutsam

Da die Veränderungen auf atomarer Ebene während des 3D-Drucks so schnell ablaufen, benötigten die Forscher eine ebenso schnelle Untersuchungstechnik. "Aufgrund der hohen Helligkeit des APS können wir die Entwicklung der Mikrostruktur in Echtzeit beobachten. Der Forscher kann die Druckparameter schnell anpassen, um die gewünschte Mikrostruktur zu erhalten", sagt Peter Kenesei, Physiker in der Abteilung X-ray Science von Argonne.

Die Entwickler glauben, dass sie den USA mit ihrer Echtzeit-Beobachtungstechnik einen Wettbewerbsvorteil bei fortschrittlichen Bearbeitungstechniken verschaffen. Das Verfahren könne auch für die Entwicklung des 3D-Drucks von anderen Hochleistungswerkstoffen wie Titanverbindungen und Nickelbasis-Superlegierungen eingesetzt werden.

Quelle und Foto: University of Wisconsin-Madison