Neuartiges 3D-Kompositmaterial, das Gewicht von Komponenten für Luft- und Raumfahrt um 20% reduziert, am NUST MISIS entwickelt

23.10.2019 |  Von  |  Presseportal

Moskau (ots/PRNewswire) – Ein Team von Wissenschaftlern am NUST MISIS Center für Industrial Prototyping of High Complexity hat erste Proben von 3D-Aluminium-Komposit-Komponenten mit keramischen Füllstoffen (Aluminiumoxid und Nitrid) erzeugt, die im Laser Melting-Verfahren hergestellt wurden. Die gewonnenen Verbundwerkstoffe werden in allernächster Zukunft bei der Entwicklung von Raumfahrzeugteilen in der russischen Luftfahrtindustrie Einsatz finden. Die Forschung läuft im Rahmen einer Förderung durch die Russian Science Foundation; die Ergebnisse werden in Materials (https://www.mdpi.com/1996-1944/12/19/3180) veröffentlicht

Wissenschaftler der National University of Science and Technology MISIS haben unter der Leitung von Professor Alexandr Gromov ein Verfahren zum 3D-Druck von Alumomatrix (aluminiumbasierten) Verbundwerkstoffen mit keramischen Füllstoffen entwickelt. Die Forschung wurde im Rahmen eines Projekts der Russian Science Foundation durchgeführt. Der Einsatz von Additivtechnologien ermöglichte es, die Festigkeit der resultierenden Pulvermaterialien um 20% zu erhöhen.

„Beim D3-Druck von Aluminiumkomponenten werden hauptsächlich so genannte Silumine (Legierungen aus Aluminium mit Silizium, insbesondere die Verbindung Al-Si-10Mg) als Rohstoffe verwendet“, erklärt Alexander Gromov „Die Anforderungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie wachsen jedoch, und die Wissenschaftler sind jetzt aktiv auf der Suche nach neuen Zusammensetzungen von Alumomatrix-Verbindungen (auch dotierten), um Komponenten mit verbesserter Leistung (Festigkeit, Härte, Rissbeständigkeit) und niedrigen Kosten im Vergleich zu Legierungen mit Seltenen Erden zu erhalten“.

Die jährliche Wachstumsrate des globalen Marktes für additive Technologien liegt bei über 100%, was sich durch die Vorteile von Additivtechnologien für Metalle im Vergleich zu den traditionellen industriellen Technologien wie Gießen und Pulvermetallurgie usw. erklären lässt. Dazu gehören die Fähigkeit, komplexe 3D-Komponenten zu erstellen, das Gewicht einer Komponente durch Optimierung des Designs zu reduzieren, die Festigkeit von Komponenten zu erhöhen, und die Technologie zur schnellen und situativen Herstellung von Komponenten in kleinem Maßstab mit komplexer Form. Eine der populärsten Richtungen ist die Entwicklung von Verfahren für den 3D-Alumumium-Druck in Luft- und Raumfahrt.

In diesem Fall besteht die Hauptaufgabe der Materialwissenschaftler darin, das Gewicht der Komponente unter Beibehaltung der Festigkeitseigenschaften zu reduzieren. Das heutzutage hauptsächlich in Fluggeräten verwendete Metall ist Titan. Es ist ein langlebiges, korrosions- und belastbares Material, dessen einziger wesentlicher Nachteil seine hohe Dichte von 5,4 g/mm ist. Leichtes und gleichzeitig duktiles Aluminium hat eine Dichte von 2,7 g/mm, d.h., es ist halb so leicht, jedoch auch deutlich weniger stark als Titan. Die Wissenschaftler suchen aktiv nach Wegen, Aluminium zu verstärken.

„Durch das Härten von keramischen Additiven direkt im Prozess des 3D-Drucks ist es uns gelungen, die Festigkeit von Aluminiumpulvern zu erhöhen. Es galt bislang als unmöglich, solche Verbundwerkstoffe auf z.B. SLM-Druckern zu erzielen. Die Gruppe war jedoch in der Lage, experimentelle Proben des neuen Pulvermaterials auf einem konventionellen SLM-280 HL Drucker mit Hilfe des Selektiven Laser Melting-Verfahrens zu erstellen“, sagt Professor Gromov weiter.

Die vorgeschlagenen Methoden ermöglichen, die Flexibilität des Designs zu erhöhen, die Produktionszeit von funktionalen Prototypen zu verkürzen und das Gewicht der so erzeugten Komponenten um 10-20% zu reduzieren.

Andrey Arnautov, stellvertretender Direktor für neue Projekte bei UC Rusal, stellt fest „Die NUST MISIS Wissenschaftler sind der Verwirklichung eine langgehegten Traums der Aluminiumproduzenten nahe gekommen: der vollständige Ersatz von Titan durch Aluminium-Verbundwerkstoffe. Viele Forscher haben sich mit dem Problem beschäftigt, leichte und langlebige Aluminium-Verbindungen mit traditionellen metallurgischen Verfahren herzustellen, aber das Team um Professor Alexander Gromov ist weiter gegangen und arbeitet daran, eine 3D-Komponente aus einem innovativem Pulver zu entwickeln“.

Das Forschungsteam führt derzeit eine Reihe von Labortests an der resultierenden Materialcharge durch. In Kürze werden die Wissenschaftler den nächsten Schritt des Projekts angehen und die ersten Proben der Komponenten aus diesem Aluminium-Keramik-Pulver untersuchen.

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Kontakt:

Dina Moiseeva,moiseeva@edu.misis.ru, (+7)-9033630573

Original-Content von: The National University of Science and Technology MISiS übermittelt durch news aktuell

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