Wetenschappers vinden methode voor 3D-printen hoogwaardig aluminium

Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld waarmee het mogelijk is om hoogwaardige metalen legeringen zoals aluminium te 3D-printen. Hierdoor kunnen deze materialen, vaak gebruikt voor zware industriële onderdelen, sneller en voordeliger dan ooit geproduceerd worden.

Het is lang zo geweest dat op metaal gebaseerde productie moeilijk en kostbaar was. Hoogwaardige, sterke aluminium legeringen zijn moeilijke materialen om mee te werken in de additieve productie. De onderzoekers van het bedrijf HRL Laboratories (gevestigd in Malibu) hebben een nieuwe methode bedacht waardoor het mogelijk is om dit materiaal snel 3D te printen. Daarnaast kan door de methode ook materiaal gelast worden dat voorheen onlasbaar was.

Nucleatie

‘We gebruiken een 70 jaar oude nucleatie-theorie om een 100 jaar oud probleem op te lossen met een machine uit de 21e eeuw’, zegt Hunger Martin, engineer bij HRL’s ‘Sensors and Materials Laboratory’ in een persbericht. De HRL-wetenschappers noemen de methode nanofunctionalisering, waarbij nanofunctionele poeders in een 3D-printer worden gedaan. Dit wordt aangebracht in dunne lagen die worden verhit door een laser om het in een driedimensionaal object te laten stollen. Tijdens het smelten en stollen, scheuren de structuren die op deze manier worden geproduceerd niet en zijn ze in staat om hun volledige legeringssterkte te behouden. Dit is te danken aan de nano-onderdeeltjes die als een soort nucelatieplaatsen fungeren voor de beoogde legeringsmicrostructuur.

‘Ons eerste doel was om uit te zoeken hoe we het hete kraken in z’n geheel konden elimineren. We trachtten naar het beheersen van de microstructuur en de oplossing zou iets moeten zijn dat natuurlijk gebeurt met de manier waarop dit materiaal stolt.’ 

Kostbaar

Hoogwaardige legeringen zoals aluminium – waaronder soorten als AI7075 en AI6061 – worden momenteel veel gebruikt bij de productie van luchtvaart- en auto-onderdelen, zoals vliegtuigrompen. Echter zijn de bestaande methoden zeer kostbaar en daarmee is het bovendien niet mogelijk om te zorgen voor een fijnere manipulatie van deze materialen.

Met deze nieuwe nanofunctionaliserende techniek die makkelijk schaalbaar is, is het mogelijk om hoogwaardige legeringen in alle mogelijke vormen en maten te 3D-printen. Hierdoor is een snellere, goedkopere en meer gedetailleerde productie van deze materialen mogelijk. Daarnaast, omdat het smelten en stollen in 3D-printen verwant is aan lassen, maakt de techniek het mogelijk om voorheen niet te lassen legeringen te lassen.

Om te bepalen welke onderdelen de eigenschappen hadden die ze nodig hadden, schakelde het HRL team de hulp in van Citrine Informatics, een bedrijf dat een besturingssysteem voor materialen en chemicaliën heeft ontwikkeld. ‘De reden voor het gebruik van deze software was om de nucleatie theorie op een selectieve manier te benaderen om de materialen te vinden met de exacte eigenschappen die we nodig hadden’ zegt Brennan Yahata van HRL. ‘Toen we hadden doorgegeven waar we naar op zoek waren, heeft hun data analyse het aantal beschikbare materialen teruggebracht van duizenden tot een paar. De software hielp ons zoeken naar een speld in een hooiberg.’

Door: Kelly Bakker

Bron: HRL