Der Einsatz von 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt ist ein etablierter Trend. Weltindustriegiganten wie Airbus, Boeing und General Electric sind vom Druck einzelner Prototypen und Produkte zur vollwertigen Serienproduktion von Additiven übergegangen. Zum Beispiel enthält der neue Airbus A350 XWB mehr als 1000 verschiedene Teile, die im 3D-Druck hergestellt wurden.
3D-Druck ist jedoch keine billige Methode, vor allem wegen der Kosten des Ausgangsmaterials. Wenn Sie vorgefertigtes Intermetallic zum Bedrucken von Teilen verwenden, müssen Sie es zuerst gießen. Dies ist eine spezielle Technologie und ein erheblicher Energieverbrauch. Dann muss die heiße Schmelze mit einem Gas-, Wasser- oder Plasmastrahl "besprüht" werden, um ein Pulver zu erhalten, was die Herstellung erheblich verkompliziert und die Produktionskosten erhöht. Wissenschaftler von NUST „MISiS“ haben einen Weg gefunden, um die Kosten für die Herstellung von Pulvern für den 3D-Druck zu senken - statt einer Sprühmethode verwendeten sie eine Planetenmühle.
Zunehmend werden Intermetallide (eine Verbindung aus zwei Metallen) Titan-Aluminium und Titan-Nickel zur Herstellung von Flugzeug- und Raumfahrzeugkomponenten verwendet. 3D-Produkte aus ihnen haben eine geringe Dichte, hohe Festigkeitseigenschaften, hohe Wärmebeständigkeit und können eine komplexe geometrische Form haben. Auf relativ einfache und kostengünstige Weise hergestellte Verbundpulver sind ein wesentlicher Bestandteil der Wirtschaftlichkeit der Metall-3D-Produktion.
„Für die serielle 3D-Produktion von Raketen- und Flugzeugteilen werden hochwertige Ausgangspulver - Vorprodukte sowie ein einfaches Verfahren zu deren Herstellung mit hoher Produktivität und gleichzeitig geringen Kosten benötigt. Die flächendeckende Einführung von Metalladditivanlagen in der heimischen Industrie wird vor allem durch die hohen Rohstoffkosten behindert, weshalb die Produktion nach wie vor unrentabel ist. Und die Entwicklung eines wirtschaftlichen Weges zur Gewinnung hochwertiger Metallpulver ist unsere Hauptaufgabe “, sagt einer der Mitautoren der Entwicklung, Research Fellow des Forschungs- und Entwicklungszentrums für Strukturkeramische Nanomaterialien von NUST MISiS, Ph.D. Andrey Nepapushev.
Die Herstellung von Pulvern für den 3D-Druck konnte durch die Verwendung einer einzigartigen Kombination von Planetenmühlenmodi vereinfacht werden, bei denen während der intensiven Bearbeitung Verbundpulver aus gerundeten Partikeln, einschließlich Titan und Aluminium, erhalten wurden. Dieses "Halbzeug" kann direkt in einen 3D-Laserdrucker geladen werden, wo direkt im Druckprozess bei einer Temperatur von ca. 650 Grad die Metalle unter Bildung einer hochschmelzenden intermetallischen Verbindung reagieren.
Wie Wissenschaftler bemerken, hat bisher noch niemand eine Planetenmühle für diesen Zweck verwendet, und die Laborerfahrung kann auf die Produktion übertragen werden - inländische Hersteller verfügen über industrielle Analoga von Planetenmühlen.
„In unseren Experimenten haben wir Pulver aus Titan, Aluminium und Nickel als Ausgangsmaterial verwendet, die in einer Planetenmühle einer intensiven Bearbeitung unterzogen wurden. Das vorgeschlagene Verfahren hat die Beschaffung von Vorprodukten erheblich vereinfacht und die Kosten gesenkt sowie den Energieverbrauch beim 3D-Druck um 20% gesenkt. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, beim Drucken große Laserleistungen zum Schmelzen zu verwenden “, fügt Andrey Nepapushev hinzu.
Das neue Verfahren wird die Materialkosten senken, was es für den Hersteller erschwinglicher macht, und die Fähigkeit erweitern, kompakte Produkte mit komplexer Form für die Luft- und Raumfahrtindustrie herzustellen. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift
Metallurgical and Materials Transactions B (2019) veröffentlicht .
Derzeit hat die wissenschaftliche Gruppe die Optimierung der Zusammensetzung der Vorläuferpulver abgeschlossen und damit begonnen, die ersten Prototypen der erhaltenen Pulver zu erstellen.