Durchbruch in der Entwicklung neuer Werkstoffe für den 3D-Druck

Im Fachgebiet Metallische Werkstoffe des Instituts für Werkstofftechnik der Universität Kassel stellen die sogenannte „Additive Fertigung“, also der 3D-Druck von Metallen, sowie die Erforschung neuer Werkstoffe zentrale Forschungsschwerpunkte dar. Eine große Herausforderung in der Materialentwicklung für den 3D-Druck ist es, die Werkstoffe, mit denen gedruckt wird, so auszulegen, dass diese den hohen Anforderungen der Industrie bezüglich Form und Zuverlässigkeit gerecht werden können. In enger Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Olena Volkova von der TU Bergakademie Freiberg und Dr. Javad Mola, Laborbereichsleiter an der Hochschule Osnabrück, ist es den Kasseler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern im Rahmen eines durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts nun gelungen, ein neues Materialdesign zu entwickeln, das für die Anforderungen des 3D-Drucks bestens geeignet ist. Bauteile, die sich damit herstellen lassen, sind ressourcensparend und somit nachhaltiger als vergleichbare Bauteile.
„Die Eigenschaften der Legierungen lassen sich im Herstellungsprozess auf den Punkt genau festlegen. Wir haben in der Gruppe der sogenannten metastabilen, austenitischen Stähle den Gehalt des Legierungselements Nickel so variiert, dass wir während des laser-basierten Fertigungsprozesses das Gefüge mit seinen Eigenschaften gezielt einstellen können“, so die im Projekt aktive Mitarbeiterin Julia Richter.
Prof. Dr. Ing. Niendorf, Leiter des Fachgebiets Metallische Werkstoffe, ergänzt: „Mit den aktuellen Ergebnissen konnten wir einen weiteren Meilenstein hin zu nachhaltigen und sicheren Werkstoffen für die Additive Fertigung erreichen. Die neuen Legierungen sind nicht nur schadenstolerant, sie erlauben es sogar, dem großen Problem der Eigenspannung direkt im Herstellungsprozess zu begegnen.“
Eigenspannungen können sich während verschiedener Verarbeitungsprozesse innerhalb des Materials aufbauen, zum Beispiel aufgrund extremer Temperaturänderungen. Sie können für erheblichen Schaden sorgen, bis hin zur völligen Zerstörung eines Bauteils. In dem neu entwickelten Ansatz wird dieses Problem direkt durch die passgenaue chemische Zusammensetzung der Legierung gelöst.
Die Materialwissenschaften bilden einen zentralen Forschungsschwerpunkt an der Universität Kassel. Mit dem neuen Verfahren hat die Arbeitsgruppe von Professor Niendorf nun abermals bedeutende Impulse in diesem Forschungsfeld gesetzt. Die durch das Konsortium erarbeiteten Ergebnisse haben eine so hohe Tragweite, dass diese in der international höchst angesehenen Fachzeitschrift Scientific Reports (Nature) veröffentlicht wurden. Der Artikel findet sich hier:

https://www.nature.com/articles/s41598-022-26052-x

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. Tho­mas Nien­dorf

FB 15 - Institut für Werkstofftechnik
Metallische Werkstoffe

Tel.: +49 561 804-7018
E-Mail: niendorf[at]uni-kassel[dot]de