Additive Fertigung im Praxistest Superlegierungen im 3D-Druck

Der 3D-Druck verändert die Art und Weise, wie wir komplexe Hochleistungskomponenten entwerfen und herstellen, aber die Integration der anspruchsvollsten Materialien bleibt eine Herausforderung. Shaafi Shaikh, Doktorand bei EOS und Teil des CAM²-Zentrums in Chalmers, konzentriert sich darauf, Hochleistungs-Superlegierungen besser mit dem 3D-Druck kompatibel zu machen. „Normale Werkstoffe verlieren ihre Festigkeit, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden, aber diese speziellen Legierungen behalten ihre Festigkeit, was für bestimmte Anwendungen wie Flugzeugtriebwerke und Turbinen für die Energieerzeugung entscheidend ist“, sagt Shaafi Shaikh.

Die Anpassung dieser Superlegierungen für den 3D-Druck ist jedoch aufgrund von Risiken wie Rissbildung, möglichem Verlust der Hochtemperaturbeständigkeit und hohen Produktionskosten alles andere als einfach. „Durch die Forschung haben wir gelernt, dass wir, um diese Materialien für den 3D-Druck geeignet zu machen, ihre Zusammensetzungen sorgfältig untersuchen und anpassen müssen, um das richtige Schmelz- und Gefrierverhalten zu erreichen. Außerdem müssen wir die Wärmebehandlung neu gestalten, um die erforderliche Festigkeit und Beständigkeit zu gewährleisten.

Die Forschung konzentriert sich auf die Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie für Superlegierungen, die die Herstellung von komplexeren, effizienteren und widerstandsfähigeren Teilen ermöglicht. „Mit dem 3D-Druck können wir effizientere Komponenten entwerfen und herstellen und gleichzeitig die Umweltbelastung verringern. Zugleich vereinfachen wir komplexe Lieferketten. So könnte beispielsweise ein Turbinenteil, dessen Lieferung derzeit Jahre dauert, lokal und viel schneller hergestellt werden.“

Nah an der Anwendung bleiben

Als Doktorand in der Industrie unterstreicht Shaafi Shaikh, wie wichtig es ist, nahe an der Anwendung der Technologie zu sein. In Branchen mit sich schnell entwickelnden Technologien wie dem 3D-Druck ist es wichtig, mit den Fortschritten in der Industrie in Verbindung zu bleiben. „Als industrieller Doktorand habe ich einzigartige Einblicke in die praktischen Anwendungen meiner Forschung erhalten. Ich denke, dass die Nähe zur Industrie unerlässlich ist, wenn man versucht, Probleme aus der Praxis zu lösen“, sagt er.

Shaafi Shaikh führt seine industrielle Doktorarbeit bei EOS durch, einem Pionier der 3D-Drucktechnologie und einem der ersten Unternehmen, das die additive Fertigung von Metallen eingeführt hat. Olli Nyrhilä, Chief Engineer of Metal Materials & Processes bei EOS, sieht die Partnerschaft mit CAM² als eine natürliche Ergänzung an.

„Chalmers ist die Heimatbasis der schwedischen Metallpulverforschung, daher war es von Anfang an eine sehr gute Ergänzung. Das CAM²-Zentrum bindet Industriepartner aus der gesamten Wertschöpfungskette ein und ist damit ein ideales Umfeld für die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie“, sagt Olli Nyrhilä.

Kommerzielle Anwendung in Sicht

Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten zeigen bereits Wirkung. Mehrere der untersuchten Nickelbasis-Superlegierungen befinden sich auf dem Weg zur kommerziellen Anwendung und ziehen die Aufmerksamkeit der Endnutzerindustrien auf sich. „Shaafi Shaikh als industrieller Doktorand zu haben, war ein großer Vorteil. Einer der wichtigsten Beiträge, die er leistet, ist die Fähigkeit, tief in die Metallurgie dieser Legierungen einzutauchen, die zugrunde liegenden Probleme zu erkennen und schrittweise wirksame Lösungen zu entwickeln“, sagt Olli Nyrhilä.

Für Shaafi Shaikh war die Arbeit an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Industrie von entscheidender Bedeutung: „In der Industrie wissen wir, wie man Dinge erledigt. Aber wenn wir verstehen, warum bestimmte Lösungen funktionieren, eröffnet sich uns eine ganz neue Ebene der Problemlösung. Das ist der Punkt, an dem sich die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie wirklich auszeichnet. Wir lösen praktische Probleme und vertiefen gleichzeitig unser Wissen“, sagt er.