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3D-Druck amorpher Metalle wird industrietauglich

Die Technologieunternehmen Heraeus Amloy und Trumpf starten eine Kooperation mit dem Ziel, den 3D-Druck amorpher Metalle industrietauglich zu machen. Damit soll die Prozess- und Kosteneffizienz von 3D-gedruckten amorphen Bauteilen für die Industrie gesteigert werden.

Ziel ist, den Druck amorpher Bauteile durch gesteigerte Prozess- und Kosteneffizienz als festes Fertigungsverfahren in der Industrie zu etablieren. Amorphe Metalle sind doppelt so fest wie Stahl, dabei aber wesentlich leichter und elastischer. Sie verhalten sich «isotrop», das heisst ihre Materialeigenschaften bleiben identisch, unabhängig davon, in welche Richtung der 3D-Drucker das Werkstück aufbaut. Das ermöglicht nicht nur besonders stabile Bauteile, sondern verschafft dem Konstrukteur auch mehr Freiheit bei der Entwicklung des Bauteils.

Potenziale eröffnet der 3D-Druck amorpher Metalle vor allem bei stark belasteten Teilen und beim Leichtbau, etwa in der Luft- und Raumfahrt oder im Maschinenbau. Aufgrund der Biokompatibilität eignet sich das Material auch sehr gut für die Medizintechnik.

3D-Druck eröffnet neue Anwendungen für amorphe Metalle in der Industrie

«Der 3D-Druck von amorphen Bauteilen in der Industrie steckt bislang in den Kinderschuhen. Mit der Kooperation ermöglichen wir schnellere Druckprozesse und eine höhere Oberflächengüte – kurzum Kostenersparnisse für den Kunden. Auf diese Weise wird das Verfahren für breitere und völlig neue Anwendungen interessant», so Jürgen Wachter, Leiter der Geschäftseinheit Heraeus Amloy.

«Amorphe Metalle bieten Potenziale für zahlreiche Industrien. Sie lassen sich beispielsweise in der Medizintechnik einsetzen, einer der wichtigsten Branchen für die additive Fertigung. Deshalb sehen wir in der Kooperation grosse Chancen, diesen wichtigen Markt mit unseren Anlagen für den industriellen 3D-Druck weiter zu erschliessen», sagt Klaus Parey, Managing Director bei Trumpf Additive Manufacturing.

Amorphe Metalle entstehen, wenn geschmolzenes Metall sehr schnell abkühlt. Ein 3D-Drucker kann sie zu grösseren, komplexen Bauteilen verarbeiten. Anderen Verfahren gelingt das nicht. Das eröffnet neue Anwendungen für amorphe Metalle in der Industrie. Ausserdem steigert 3D-Druck das Potenzial amorpher Metalle für den Leichtbau. Ein 3D-Drucker baut nur dort Strukturen auf, wo sie für das Bauteil einen Zweck erfüllen. Dadurch lässt sich Material und Gewicht einsparen. Amorphe Metalle sind wiederum von Natur aus sehr leicht. Mit der Kombination von 3D-Druck und amorphen Metallen lässt sich also bei vielen Anwendungen Gewicht einsparen. Ausserdem macht 3D-Druck die Fertigung vieler amorpher Anwendungen schneller und einfacher. Die Technologie ermöglicht es, die Bauteile «am Stück» aufzubauen, anstatt die Komponenten einzeln zu fertigen und anschliessend zusammenzusetzen.

Optimiertes Material + angepasster 3D-Drucker = hohe Qualität in Serienfertigung

Bei der Kooperation verbindet Heraeus Amloy seine Expertise in der Herstellung und Verarbeitung amorpher Metalle mit der Erfahrung von Trumpf beim 3D-Druck. Heraeus Amloy hat seine amorphen Legierungen für den 3D-Druck optimiert und das Material für die Bearbeitung auf den TruPrint Anlagen von Trumpf angepasst. Die neueste Anlage TruPrint 2000 eignet sich besonders gut für den Druck amorpher Metalle. Das Maschinenkonzept ermöglicht es, das überschüssige Pulver für den weiteren Bauprozess inert aufzubereiten, also unter Schutzgas. Dies schützt das Pulver vor schädlichen Einflüssen. Für amorphe Metalle ist das ein Vorteil, da sie schnell mit Sauerstoff reagieren. Weiter hat Trumpf bei der TruPrint 2000 die Produktivität gesteigert. Zwei 300 Watt starke Laser belichten den gesamten Bauraum der Anlage parallel. Mit einem Fokusdurchmesser der Laser von nur 55 Mikrometer lassen sich amorphe Bauteile mit besonders hoher Oberflächenqualität auch in Serie herstellen. Die Funktion «Melt Pool Monitoring» ermöglich es, die Qualität des Schmelzbades automatisch zu prüfen. Somit lassen sich Fehler im Prozess frühzeitig erkennen.

Kunden, die selbst einen 3D-Drucker von Trumpf besitzen, können damit ab sofort die zirkoniumbasierten Legierungen von Heraeus Amloy verarbeiten. Es ist auch möglich, amorphe Bauteile direkt bei Heraeus Amloy drucken zu lassen. Perspektivisch wollen die Partner auch kupfer- und titanbasierte Legierungen für den 3D-Druck nutzbar machen.