Richtlinien für die Verarbeitung von martensitischem Edelstahl
Martensitische Edelstähle gehören zu den härtesten, zugleich jedoch auch leichtesten und preiswertesten Metallen dieser Art. Allerdings gestaltet sich die Verarbeitung dieser Hartstähle bislang ziemlich komplex, weshalb sich deren Einsatz bis heute auf nur wenige Branche beschränkt.
Genau das könnte sich jedoch bald ändern. Eine Forschergruppe der Texas A&M Universität hat jetzt nämlich, in Zusammenarbeit mit einem Labor der US-Air Force, wie sich Hartstähle im 3D Druck fehlerfrei zu stabilen Objekten unterschiedlicher Formen verarbeiten lassen.
Die meisten harten und beständigen Stähle, die sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignen haben gemeinsam, dass sie ziemlich kostenintensiv sind. Im Gegensatz dazu sind martensitische Edelstähle extrem preisgünstig, wie Ibrahim Karaman, Professor und Leiter des Fachbereichs Materialwissenschaft an der Texas A&M Universität erläutert.
Bisher konnten diese Stähle lediglich für komplexe Strukturen in Bauteilen von hoher Härte und geringem Gewicht verbaut werden. Einsatzgebiete waren bislang daher vor allem Raumfahrt, Militär und Automotive-Bereich.
Handlungsrahmen für vereinfachten Stahl 3D Druck
Die Forscher um Karaman haben nun jedoch einen Handlungsrahmen entwickelt, welcher den 3D Druck auch gewagter Geometrien mit Hartstählen so stark vereinfacht, dass dieses Verfahren auch für eine Vielzahl von Branchen attraktiv werden könnte.
Optimierung des Herstellungsprozesses
Stähle werden aus Eisen und einer Vielzahl anderer Elemente gegossen, darunter Kohlenstoff. Um Stähle zu härten sind zunächst extrem hohe Temperaturen notwendig, gefolgt von einer raschen Kühlung. Dabei werden Kohlenstoff-Atome mit Eisen-Kristallen zu einem stabilen Gitter verschmolzen. Auf diese Weise entstehen martensinitische Stähle.
Zuvor müssen martensinitische Stähle jedoch gemäß der geplanten Anwendung aufgebaut und geformt werden. Dieser Vorgang ist in etwa vergleichbar mit dem schichtweisen Aufbau aus Metallschichten, im 3D Druck.
Bei jenem Vorgang der Formung von Objekten aus martensinitischem Stahl entstehen jedoch häufig Fehler, welche die Stabilität des Objekts schwächen.
Porosität als Schwachpunkt
Das Hauptproblem dabei bilden zumeist poröse Stelle entlang dünner Löcher, welche die Härte des Objekts schwächen, selbst wenn das Ausgangsmaterial sehr hart ist.
Um genau diese Fehler zu vermeiden haben Karaman und sein Team den Stahl 3D Druck gründlich untersucht, um eine leicht handhabbare Anleitung zu erstellen.
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