Fabrisonic setzt UAM-Technologie in einer NASA-Studie zum 3D-Druck von Korrosion ein

Fabrisonic, Spezialist für Festkörpermetall-3D-Druck, hat sein patentiertes Ultraschall-Additive-Manufacturing-Verfahren (UAM) genutzt, um verschiedene amorphe Legierungen erfolgreich zu einer Multimetallumhüllung zusammenzuführen.

Im Rahmen einer SBIR-Studie der NASA setzte das Unternehmen Ultraschallenergie anstelle einer herkömmlichen laserbasierten 3D-Druckmethode ein, um unterschiedliche korrosionsbeständige Legierungen zu kombinieren. Mithilfe seiner proprietären Fertigungstechnik war Fabrisonic in der Lage, die Metalle mit kristallinen Substraten zu verbinden, ohne ihre vorteilhaften Eigenschaften zu zerstören.

Die resultierenden Metallmischungen wiesen im Vergleich zu gewöhnlichen kristallinen Legierungen eine höhere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf, wodurch sie sich gut für zukünftige Beschichtungsanwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie eignen könnten.

Die ultraschalladditive Fertigungstechnik von Fabrisonic

Die UAM-Technologie von Fabrisonic ist ein hybrides Metall-3D-Druckverfahren, das eine Reihe von Metallbändern per Ultraschall zu einer 3D-Form verschweißt. Das Verfahren arbeitet bei einer niedrigen Temperatur, wodurch unterschiedliche Materialien wie Elektronik in Metalllegierungsstrukturen eingebettet werden können.

Während das Metallobjekt aufgebaut wird, kann eine CNC-Maschine auch zur Endbearbeitung seiner Innen- und Außenflächen verwendet werden, wodurch Benutzer detailliertere Formen erstellen können als herkömmliche 3D-Metalldruckverfahren. Seit das Unternehmen seine UAM-Drucktechnik im Jahr 2017 patentieren ließ, brachte es sein SonicLayer 1200-Gerät auf den Markt, das ebenfalls über die UAM-Technologie verfügt.

Um neue Anwendungen für seine patentierte 3D-Drucktechnik zu finden, hat Fabrisonic in den letzten Jahren Partnerschaften mit einer Reihe von Forschungsgruppen der US-Regierung aufgebaut. In Zusammenarbeit mit dem Oak Ridge National Laboratory (ORNL) setzte das Unternehmen UAM ein, um Kontrollplatten für den High Flux Isotope Reactor (HFIR) des ORNL in 3D zu drucken.

Fabrisonic hat auch eine enge Beziehung zur NASA aufgebaut und ihre gemeinsam entwickelten 3D-gedruckten Wärmetauschergeräte haben 2018 die Qualitätskontrolltests für die Raumfahrt bestanden. In jüngerer Zeit arbeitete das Unternehmen mit Luna Innovations, einem Spezialisten für optische Sensoren, an einem Projekt zur Fertigung von Sensoren für die NASA. Ziel des Programms ist es, Daten zu kryogenen Treibstoffleitungen für Raketenteststände im Stennis Space Center zu sammeln.

Im Rahmen der jüngsten Zusammenarbeit zwischen NASA und Fabrisonic hat Letzteres sein UAM-Verfahren weiterentwickelt, um kombinierte Metallverkleidungen zu drucken, die in Zukunft möglicherweise in der Luft- und Raumfahrt Anwendung finden könnten.

Amorphe Metalle besser nutzen

Amorphe Metalle oder Bulk Metallic Glasses (BMGs) entstehen durch sehr schnelles Abkühlen von Legierungen unter Umgehung der Kristallisationsphase der Erstarrung. Dadurch weisen die Materialien eine einzigartig ungeordnete Struktur auf, die ihnen eine höhere Festigkeit verleiht als herkömmliche kristalline Legierungen.

BMGs können auch größeren reversiblen Verformungen standhalten als andere Metalle, und ihre fehlende Periodizität über große Entfernungen macht sie auch korrosionsbeständiger. Obwohl amorphe Metalle eindeutig vorteilhafte Herstellungseigenschaften aufweisen, erwies es sich bisher als schwierig, sie mit anderen Materialien zu verbinden und in dickeren Schichten zu drucken.

In Zusammenarbeit mit dem NASA-Partner LM Group Holdings (LMGH) versuchte Fabrisonic, diese Einschränkungen zu überwinden, indem es mit seinem UAM-3D-Druckverfahren amorphe Metalle mit anderen Legierungen verschmolz. Die Unternehmen bewiesen die Machbarkeit des Prozesses, indem sie mehrere verschiedene amorphe Legierungen zusammenfügten und die Reaktion untersuchten, um ihre Grenzflächenzusammensetzungen besser zu verstehen.

Während der Tests stellte das Team fest, dass die niedrige Temperatur von UAM die Verbindung unterschiedlicher Metalllegierungen mit geringer bis keiner intermetallischen Bildung und ohne Beeinträchtigung ihrer Hochfestigkeitseigenschaften ermöglichte. Die Unternehmen entdeckten auch, dass mehrere Durchgänge zum Hinzufügen weiterer Metalle verwendet werden könnten, was wiederum eine maßgeschneiderte Dicke der Struktur je nach Endanwendung ermöglichte.

Dem Papier zufolge ist eine geringe Duktilität bei vorhandenen kristallinen Legierungen häufig ein Problem. Da UAM jedoch mit mehreren Materialien kompatibel ist, können der Mischung duktilere Metalle hinzugefügt werden. In ähnlicher Weise beschränkten herkömmliche Schweißtechniken BMGs auf bestimmte Geometrien, doch Untersuchungen zeigten, dass mit UAM jetzt komplexere 3D-Formen erreicht werden konnten, und das auch zu geringeren Kosten.

Insgesamt gelang es den Partnern in Phase I des NASA-Entwicklungsprogramms, kristalline Metalle wie Aluminium, Titan und Stahl zu verschmelzen und so Teile mit einer Wandstärke von 1 mm zu erhalten. Zukünftig könnte die 3D-Drucktechnik bei der Herstellung von Laminatplatten für den Einsatz in schweren Geräten oder zur Isolierung von Öl- und Gaspipelines eingesetzt werden.

„LMGH und Fabrisonic können Produkte und Dienstleistungen anbieten, die dem aktuellen Stand der Technik einen Generationssprung voraus sind“, erklärten die Unternehmen in ihrem Papier. „Erhebliche Vorteile beim Schutz des Grundmaterials, bei der Verlängerung der Lebensdauer und der Steigerung der Anwendungseffizienz stellen ein Arsenal an Markthebeln dar.“

Die Ergebnisse von Fabrisonic werden im Weißbuch mit dem Titel „Herstellung amorpher verschleiß- und korrosionsbeständiger plattierter Oberflächen mittels Ultraschall-Additivfertigung (UAM)“ detailliert beschrieben, das auf der Website des Unternehmens veröffentlicht und von Mark Norfolk, Präsident von Fabrisonic, verfasst wurde.

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Das abgebildete Bild zeigt das in der Studie verwendete Fabrisonic SonicLayer 7200 UAM-System. Foto über Fabrisonic.

Paul hat einen Abschluss in Geschichte und Journalismus und hat eine Leidenschaft dafür, die neuesten Nachrichten aus dem Technologiebereich zu finden.