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

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

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