Additive Fertigung zur Herstellung von hochfestem Edelstahl von NIST und Argonne National Laboratory

Laut der am 3. November gemeldeten Design News-Website haben Forscher des National Institute of Standards and Technology (NIST), der University of Wisconsin-Madison und des Argonne National Laboratory einen der stärksten rostfreien Stähle geschaffen, den es gibt. 17-4 Ausscheidungshärtung (PH) Edelstahl hat ein 3D-Druckverfahren entwickelt, das Edelstahl mit den gleichen Eigenschaften druckt wie Edelstahl, der mit herkömmlichen Methoden hergestellt wird.

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Dieser Edelstahl ist eine starke, korrosionsbeständige Legierung, die beim Bau von Frachtschiffen, Passagierflugzeugen und Kernkraftwerken verwendet wird. Diese Innovation markiert den kontinuierlichen 3D-Druck von 17-4 PH-Stahl unter Beibehaltung seiner ursprünglichen Eigenschaften.

Während der Einsatz des 3D-Drucks zur Herstellung von Kunststoffteilen branchenübergreifend immer üblicher geworden ist, ist die pulverbasierte additive Metallfertigung (AD) komplexer, was teilweise auf die sehr schnellen Temperaturänderungen während des Druckens zurückzuführen ist. Das Pulver erfährt kurzfristig schnelle Schwankungen Zeitspanne. Die additive Fertigung von Metallen schweißt im Wesentlichen Millionen winziger pulverartiger Partikel mithilfe von Hochenergiequellen wie Lasern zusammen, schmilzt sie zu einer Flüssigkeit und kühlt sie dann zu einem Feststoff ab.

Da die Abkühlgeschwindigkeit jedoch hoch ist und einen extremen Nichtgleichgewichtszustand erzeugt, kann der Prozess des schnellen Erhitzens und Abkühlens zu schnellen Veränderungen in der Kristallstruktur der Atome im Stahl führen, wodurch es unmöglich wird, festzustellen, was im Material passiert auf atomarer Ebene, daher ist es unmöglich, die Kristallstruktur den optimalen Zustand des bedruckten Materials genau zu bestimmen.

Um diese Probleme anzugehen, verwendeten die Forscher synchrone Röntgenbeugung (XRD), um die Kristallstruktur bei schnellen Temperaturänderungen zu untersuchen, damit sie die innere Struktur des Martensits während des Druckens bestimmen konnten. Die Forscher verwendeten die Advanced Photon Source (APS) von Argonne, um während des Druckvorgangs hochenergetische Röntgenstrahlen in die Stahlprobe zu schießen. Auf diese Weise konnten die Forscher nachvollziehen, wie sich die Kristallstruktur des Stahls während des Druckens veränderte.

Obwohl Eisen der Hauptbestandteil von 17-4 PH-Stahl ist, enthält seine spezifische Zusammensetzung bis zu 12 verschiedene chemische Elemente. Mit einem besseren Verständnis der strukturellen Veränderungen im Stahl während des 3D-Druckprozesses können Forscher die Zusammensetzung dieses Stahls feinabstimmen und so die 3D-Druckergebnisse kontrollieren. Dieser Ansatz kann auch auf andere Materialien angewendet werden, indem XRD verwendet wird, um andere Legierungen für den 3D-Druck zu optimieren und nützliche Informationen zum Erstellen und Testen von Computermodellen bereitzustellen, die die endgültige Qualität von gedruckten Teilen vorhersagen können.

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