Dipl.-Ing. Sepide Hadibeik, Dr. Florian Spieckermann und Univ.-Prof. Dr. Jürgen Eckert vom Department Werkstoffwissenschaft der Montanuniversität Leoben haben, in Kooperation mit dem Swiss Advanced Manufacturing Center in Biel, erstmals ein fortschrittliches Verfahren für die additive Fertigung von metallischen Gläsern angewendet. Derzeit werden Standardlegierungen für den 3-D-Druck verwendet, erreichen aber häufig nicht die Eigenschaften klassischer Fertigungsverfahren. „Wir forschen daran, neue Legierungen zu finden, die das ändern sollen“, beschreibt Spieckermann. Sie verwenden dafür einen starken Laserstrahl, um diese speziellen Metalle zu formen.
Metallische Gläser
Ausgangspunkt für die Untersuchungen sind sogenannte metallische Gläser. Diese haben im Gegensatz zu üblichen Fenster- oder Brillengläser andere Eigenschaften. Ihre Strukturen sind amorph, das heißt die Atome haben keine sich wiederholende Struktur, sind also nicht kristallin. Durch diese Struktur ändern sich auch die physikalischen Eigenschaften: Sie sind härter, korrosionsbeständiger und fester als gewöhnliche Metalle. Im Rahmen der Studie konnten nahezu vollständig amorphe und dichte Proben aus metallischem Glas hergestellt werden, wobei die atomare Ordnung optimiert wurde, um die Produktivität und die Bruchdruckfestigkeit zu verbessern.
Neue Methode
Die bisherigen Methoden, um solche Metallgläser herzustellen, konnten nur kleine Teile produzieren. Aber jetzt zeigen die Forscher*innen, dass ihr neuer Laserstrahlprozess vielversprechende Ergebnisse für die Herstellung großer und komplizierter Strukturen liefert. Bisher hatten 3D-Duckmaschinen, die ähnliche Metalle herstellten, ein Problem: Die bereits erstarrten Schichten wurden beim Aufwärmen wieder zu heiß. Das hat ihre mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt. Aber mit der neuen Methode können die Forscher die Temperatur besser kontrollieren und die Eigenschaften des Glases verbessern indem sie den Laserstrahl mit einer Spezialoptik in eine flache, breite Form bringen. Das macht das Material stabiler und flexibler.
„Mit dieser neuen Technik könnten die Möglichkeiten für die Herstellung von Metallgläsern und anderen Legierungen stark erweitert werden“, erläutert die Wissenschaftlerin Hadibeik. Auf die Frage, wo diese Erkenntnisse angewendet werden können, denkt das Forscherteam an medizinische Implantate ebenso wie an Komponenten für die Elektronikindustrie.
Link zur Veröffentlichung: https://doi.org/10.1002/adfm.202470066
Erich-Schmid-Institut
Das Erich-Schmid-Institut für Materialwissenschaften (kurz: ESI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist ein Forschungsinstitut, das in Kooperation mit der Montanuniversität Leoben geführt wird. Der Leiter des Lehrstuhls für Materialphysik der Montanuniversität ist gleichzeitig der Leiter des Akademieinstituts. Es ist auf die mikrostrukturelle Untersuchung, sowie Experiment an und Modellierung von Materialien wie Stahl oder Legierungen aber auch auf funktionale Materialien (z.B. Implantatmanterialien) spezialisiert.
Kontakt:
Mag. Dr. Florian Spieckermann
Lehrstuhl für Materialphysik
Telefon: + 43 3842 804 112
E-Mail: florian.spieckermann(at)unileoben.ac.at
