![\"\"](\"https:\/\/www.m-q.ch\/wp-content\/uploads\/2020\/11\/Metall-im-3D-Drucker.jpg\")
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Die Innovation ist mit blossem Auge kaum richtig einzusch\u00e4tzen: ein kleines metallisches Schachbrett mit vier Millimetern Kantenl\u00e4nge. Auf den ersten Blick gl\u00e4nzt es wie polierter Stahl; auf den zweiten Blick sind minime Farbunterschiede erkennbar: 16 Fl\u00e4chen hat das winzige Schachbrett, acht erscheinen etwas dunkler, acht heller. Die unscheinbare Materialprobe beweist: 3D-Druck mithilfe von Laserstrahlen und Metallpulver eignet sich nicht nur dazu, neue geometrische Formen zu erschaffen, sondern es lassen sich so auch neue Materialien mit v\u00f6llig neuen Funktionalit\u00e4ten herstellen. Das kleine Schachbrett ist ein besonders augenscheinliches Beispiel: Acht Fl\u00e4chen sind magnetisch, acht unmagnetisch \u2013 dabei ist das gesamte Werkst\u00fcck aus einer einzigen Sorte Metallpulver 3D-gedruckt worden. Nur St\u00e4rke und Dauer des eingestrahlten Laserlichts wurden variiert.<\/p>\n
Als Ausgangsbasis nutzte ein Empa- Team um Ariyan Arabi-Hashemi und Christian Leinenbach eine besondere Sorte Edelstahl, die vor rund 20 Jahren u.a. von der Firma Hempel Special Metals in D\u00fcbendorf entwickelt wurde. Der sogenannte P2000-Stahl enth\u00e4lt kein Nickel, sondern rund ein Prozent Stickstoff. P2000-Stahl verursacht keine Allergien und ist f\u00fcr medizinische Zwecke gut geeignet. Er ist besonders hart, was die herk\u00f6mmliche Bearbeitung mittels Fr\u00e4sen erschwert. Leider scheint er auch als Basismaterial f\u00fcr den 3D-Laserdruck auf den ersten Blick ungeeignet zu sein: In der Schmelzzone des Laserstrahls wird es schnell sehr heiss. Deshalb verdampft normalerweise ein grosser Teil des enthaltenen Stickstoffs, und der P2000-Stahl ver\u00e4ndert seine Eigenschaften.<\/p>\n
Aus dem Problem einen Vorteil machen <\/strong><\/p>\n Arabi-Hashemi und Leinenbach gelang es, diesen Nachteil in einen Vorteil zu verwandeln. Sie modifizierten die Scangeschwindigkeit des Lasers und die Intensit\u00e4t des Laserlichts, das im Metall-Pulverbett die einzelnen Partikel aufschmilzt, und variierten somit gezielt die Gr\u00f6sse und Lebensdauer des fl\u00fcssigen Schmelzpools. Dieser war im kleinsten Fall 200 Mikrometer im Durchmesser und 50 Mikrometer tief, im gr\u00f6ssten Fall 350 Mikrometer breit und 200 Mikrometer tief. Der grosse Schmelzpool l\u00e4sst viel Stickstoff aus der Legierung verdampfen; der erstarrende Stahl kristallisiert mit einem hohen Anteil an magnetisierbarem Ferrit. Beim kleinsten Schmelzpool erstarrt die Schmelze deutlich schneller. Der Stickstoff verbleibt in der Legierung; der Stahl kristallisiert dann vor allem in Form von nichtmagnetischem Austenit. Im Rahmen des Experiments mussten die Forscher den Stickstoffgehalt in winzigen, millimetergrossen Metallproben sehr pr\u00e4zise bestimmen und die lokale Magnetisierung auf wenige Mikrometer genau messen, ebenso das Volumenverh\u00e4ltnis von austenitischem und ferritischem Stahl. Hierf\u00fcr kamen eine Reihe hochentwickelter Analysemethoden zum Einsatz, die an der Empa zur Verf\u00fcgung stehen.<\/p>\n Gezielte Metallherstellung <\/strong><\/p>\n Der Versuch, der wie eine Spielerei wirkt, k\u00f6nnte die Methodik der Metallherstellung und -verarbeitung bald um ein entscheidendes Werkzeug erweitern. \u00abBeim 3D-Druck erreichen wir lokal spielend Temperaturen von mehr als 2500 Grad Celsius\u00bb, so Leinenbach. \u00abDamit k\u00f6nnen wir gezielt verschiedene Bestandteile einer Legierung verdampfen \u2013 z. B. Mangan, Aluminium, Zink, Kohlenstoff und mehr \u2013 und so die chemische Zusammensetzung lokal ver\u00e4ndern.\u00bb Die Methode ist dabei nicht auf Edelst\u00e4hle beschr\u00e4nkt, sondern kann auch f\u00fcr viele andere Legierungen n\u00fctzlich sein.<\/p>\n Leinenbach denkt zum Beispiel an Nickel- Titan-Legierungen, die als Formged\u00e4chtnislegierungen (\u00abshape memory alloys\u00bb) bekannt sind. Bei welcher Temperatur sich die Legierung an ihre vorgegebene Form \u00aberinnert \u00bb, h\u00e4ngt von gerade einmal 0,1 Prozent mehr oder weniger Nickel in der Mischung ab. Mithilfe eines 3D-Laserdruckers liessen sich Bauteile schaffen, die \u00f6rtlich gestaffelt auf unterschiedliche Temperaturen reagieren.<\/p>\n Feinstrukturen f\u00fcr Elektromotoren von Morgen <\/strong><\/p>\n Die M\u00f6glichkeit, Legierungen mikrometergenau in einem Bauteil zu erzeugen, k\u00f6nnte auch beim Bau neuer, effizienterer Elektromotoren hilfreich sein. Erstmals bietet sich so die M\u00f6glichkeit, Stator und Rotor des E-Motors aus magnetisch feinstrukturierten Materialien zu bauen, um die Geometrie der Magnetfelder besser auszunutzen. Entscheidend f\u00fcr die Entdeckung des Zusammenhangs zwischen Laserleistung-Gr\u00f6sse des Schmelzpools und Materialeigenschaften war das Know-how im Bereich \u00abAdditive Manufacturing \u00bb, das an der Empa seit rund neun Jahren aufgebaut wird. Seither widmet sich das Team um Christian Leinenbach als eine der weltweit f\u00fchrenden Arbeitsgruppen den materialwissenschaftlichen Fragestellungen rund um 3D-Laserdruckverfahren. Zugleich sammelten die Empa-Forscher Erfahrung bei der Prozess\u00fcberwachung, speziell dem Vermessen der Schmelzpools, deren Gr\u00f6sse und Lebensdauer entscheidend f\u00fcrs gezielte Modifizieren von Legierungen ist.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Die Innovation ist mit blossem Auge kaum richtig einzusch\u00e4tzen: ein kleines metallisches Schachbrett mit vier Millimetern Kantenl\u00e4nge. Auf den ersten Blick gl\u00e4nzt es wie polierter Stahl; auf den zweiten Blick sind minime Farbunterschiede erkennbar: 16 Fl\u00e4chen hat das winzige Schachbrett, acht erscheinen etwas dunkler, acht heller. Die unscheinbare Materialprobe beweist: 3D-Druck mithilfe von Laserstrahlen und […]<\/p>\n","protected":false},"author":60,"featured_media":10046,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[3303],"tags":[4725],"class_list":["post-10013","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-qualitaetsmanagement","tag-11-2020"],"acf":[],"yoast_head":"\n