Mehrere Metalle in einer Schicht drucken
Die finnische University of Turku hat ihre Anlage für den Metall 3D Druck um einen Multimaterial Recoater erweitert. Er trägt Pulver aus drei getrennten Trommeln auf und platziert so unterschiedliche Metalle innerhalb einer einzigen Schicht. Das geht aus einem Bericht von 3D Printing Industry hervor. Die Forschenden wollen damit Bauteile für künftige Fusionsenergie und Raumfahrtantriebe untersuchen.
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Die Hardware in Turku
Verbaut ist ein Schaeffler Aerosint SPD2.1-B5 Recoater. Er läuft im Aconity MIDI+ Drucker der Universität. Die Finanzierung kam laut der Meldung über AM4Plasma, ein EUREKA Netzwerkprojekt unter Leitung der Universität. In Finnland wird es über das CoInnovation Programm von Business Finland unterstützt.
Projektleiter ist Associate Professor Ashish Ganvir. Das System soll außerdem für die Ausbildung von Forschenden genutzt werden.
So legt der Recoater verschiedene Metalle ab
Beim üblichen Laserpulverbettschmelzen (LPBF, englisch Laser Powder Bed Fusion) verteilt ein Recoater ein einziges Pulver über die Bauplattform. Ein Laser schmilzt es nach dem digitalen Modell auf. So entsteht das Bauteil Schicht für Schicht.
Der Aerosint Recoater nutzt dagegen drei Trommeln. Sie legen verschiedene Pulver in ausgewählten Bereichen einer Schicht ab und erst danach fährt der Laser darüber. Wiederholt sich das über viele Schichten, ändert sich das Material je nach Position im Bauteil.
In der Praxis bedeutet das: Ein Bereich kann Hitze oder Verschleiß aushalten. Ein anderer leitet Wärme ab oder trägt die Struktur. Bisher musste man solche Teile meist aus Einzelstücken fügen.
Offene Forschungsfragen
Die Universität stellt klar, dass das Platzieren der Pulver allein noch kein verlässliches Bauteil ergibt. Passende Materialpaarungen, geeignete Prozessparameter und saubere Grenzflächen müssen erst gefunden werden. Dazu zählen laut 3D Printing Industry die Wechselwirkung von Laser und Material, Aufschmelzen und Erstarren sowie die Bindung an den Materialgrenzen. Auch Risse und andere Defekte stehen auf der Liste.
Als Beispiel nennt die Universität ein Bauteil mit einem hitzefesten Bereich und einem Bereich, der Wärme zu Kühlkanälen führt. Solche plasmanahen Komponenten könnten in Fusionsanlagen und Raumfahrtantrieben zum Einsatz kommen. Ganvir sieht den Nutzen langfristig breiter: Die Anlage solle auch Studien zu anderen Materialkombinationen und multifunktionalem Bauteildesign dienen.
Vergleichbare Arbeiten in Nottingham
Turku ist nicht die erste Gruppe mit diesem Ansatz. Am Centre for Additive Manufacturing der University of Nottingham haben Forschende laut dem Bericht die Grenzfläche zwischen Inconel IN718 und der NASA Kupferlegierung GRCop-42 untersucht. Gedacht ist das für Teile wie Raketenbrennkammern. Verwendet wurde ebenfalls ein Aconity MIDI+ mit Aerosint Recoater.
Reihenfolge der Abscheidung und Beschichtungsrichtung beeinflussten Defekte und die Vermischung der Legierungen an der Grenze. Mechanische Tests stehen laut den Autoren noch aus.
Das Nottingham Zentrum leitet außerdem DIADEM, ein Programm mit der UK Atomic Energy Authority. Es soll den Übergang zwischen Wolfram und Kupfer in Fusionskomponenten abstufen. Konventionelles Fügen hinterlässt dort oft Risse und Eigenspannungen.
Stimmen aus der Community und erste Einschätzungen
Zur Meldung aus Turku selbst gibt es in den durchsuchten Quellen keine direkte Diskussion. Zwei Reddit-Beiträge berühren aber verwandte Themen. In einem Thread geht es laut Titel um eine Tankhälfte aus Inconel 718, gedruckt mit einem Meltio-System. Dabei handelt es sich um ein anderes Verfahren als das Pulverbett in Turku. Der Beitrag zeigt aber, dass hochwarmfeste Nickellegierungen für raumfahrtnahe Bauteile auch außerhalb der Forschungslabore Interesse finden. Ob sich Multimaterial-Schichten dort durchsetzen, lässt sich daraus nicht ablesen.
Kritischer ist eine Diskussion zur Arbeitssicherheit im industriellen Metall-3D-Druck, die danach fragt, welche Risiken häufig unterschätzt werden. Wer wie in Turku mehrere Metallpulver aus getrennten Trommeln verarbeitet, hat mehr Pulversorten zu handhaben, zu lagern und zu trennen. Das ist meine Einordnung, nicht die Aussage des Beitrags. Ob dort Multimaterial-Systeme konkret angesprochen werden, geht aus dem Titel nicht hervor. Eine belastbare Community-Einschätzung zum Recoater selbst steht daher noch aus.
Persönliches Fazit
Aus meiner Sicht ist die Meldung vor allem ein Hinweis auf den Stand der Forschung und kein Produktstart. Die Hardware gibt es, die belastbaren Materialpaarungen noch nicht. Das sagt die Universität selbst. Für den Mittelstand zählt am Ende, ob Grenzflächen reproduzierbar halten und sich qualifizieren lassen. Das ist bei Metallen mit so unterschiedlichem Schmelzverhalten wie Wolfram und Kupfer keine Kleinigkeit. Ich halte Mehrmaterial LPBF für Wärmetauscher und Triebwerksteile für plausibel. Für Serienaufträge rechne ich aber noch nicht damit. Für Luft und Raumfahrt lohnt der Blick auf Metall 3D Druck trotzdem schon jetzt.
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