Angesichts der beschleunigten technologischen Entwicklung hat sich die Metall-3D-Drucktechnologie zu einem wichtigen kreativen Werkzeug im Luft- und Raumfahrtsektor entwickelt. Diese Methode erhöht nicht nur die Produktionsgenauigkeit und -effizienz erheblich, sondern fördert auch die Erforschung und Anwendung neuer Legierungsmaterialien. Da sie das Design, die Konstruktion und die Wartung von Flugzeugen drastisch verbessern, gewinnen diese neuen Legierungen mit ihren einzigartigen Eigenschaften in der Luft- und Raumfahrtindustrie zunehmend an Bedeutung.
Der Metall-3D-Druck ist eine hochentwickelte additive Fertigungstechnik, bei der dreidimensionale Objekte Schicht für Schicht hergestellt werden, indem Metallpartikel oder Drähte gesammelt werden. Beim Metall-3D-Druck werden weniger Materialien verwendet als bei herkömmlichen Produktionsmethoden wie Gießen, Schmieden und Schneiden. es bietet außerdem schnellere Fertigungszyklen und mehr Designfreiheit. Insbesondere bei der Herstellung komplexer Strukturelemente haben diese Vorteile zu einer umfassenden Anwendung des Metall-3D-Drucks in der Flugzeugindustrie geführt.
Die Entwicklung neuer Legierungen ist einer der Haupttreiber des wissenschaftlichen Fortschritts im 3D-Metalldruck. Neben außergewöhnlicher Festigkeit, hoher Zähigkeit und starker Korrosionsbeständigkeit zeichnen sich diese neuen Legierungen durch geringes Gewicht und eine gute Hochtemperaturleistung aus. Von Strukturelementen über Triebwerkskomponenten bis hin zu Wärmeschutzsystemen bieten diese Eigenschaften der neuen Legierung erhebliche Anwendungsmöglichkeiten im Flugzeugbereich.
Unter Verwendung der neuen Hochtemperaturlegierung GRX-810 mit Nickel-Kobalt-Chromoxid-Dispersionsverstärkung (ODS), die in Zusammenarbeit zwischen der NASA und Elementum 3D entwickelt wurde, weist diese Legierung eine hervorragende Kriechfestigkeit, Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen auf. Die Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit von GRX-810 haben sich verdoppelt und die Kriechfestigkeit wurde im Vergleich zu herkömmlichen gedruckten Hochtemperaturlegierungen um das 1000-fache verbessert. Dies macht GRX-810 zu einem geeigneten Material für die Herstellung dünnerer und kleinerer Motorkomponenten und verbessert so den Kraftstoffverbrauch, die Betriebskosten und die Haltbarkeit. Darüber hinaus eignet sich GRX-810 für die Herstellung von Komponenten, die bei höheren Betriebstemperaturen arbeiten, einschließlich Raketentriebwerksdüsen
Zu den neuen Legierungen im Metall-3D-Druck gehören neben GRX-810 auch EOS Nickel Alloy IN738 und EOS Nickel Alloy K500. Hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit machen IN738 zu einer Hochleistungs-Superlegierung auf Nickelbasis, die sich perfekt für die Herstellung von Turbinenschaufeln und anderen Hochleistungs-Energiekomponenten sowie für Turbomaschinensysteme eignet, die unter enormem Druck laufen. EOS IN738 kann die Verschlechterung bei Hochdruckanwendungen erheblich verringern und mehr Temperaturbedingungen standhalten als herkömmliche Superlegierungen. Für den Flugzeugsektor, der zuverlässige und effiziente Komponenten herstellt, ist IN738 daher die perfekte Wahl.
K500 wurde auf Wunsch eines großen Raumfahrtunternehmens entwickelt und kombiniert die Eigenschaften einer Nickellegierung und einer Kupferlegierung, um eine ausgewogene Mischung aus Festigkeit und mäßiger Wärmeleitfähigkeit zu bieten. Dieses Material eignet sich gut für die chemische Verarbeitung und maritime Anwendungen wie Pumpen und Ventile sowie für die Herstellung von Komponenten für Raumfahrtanwendungen, einschließlich Triebwerken und Düsen. Bei 3D-Druckmaterialien schließt die Einführung von K500 die Lücke zwischen mechanischer Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit und bietet der Luft- und Raumfahrtbranche somit mehr Möglichkeiten.
Darüber hinaus haben Experten des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) und des National Energy Technology Laboratory (NETL) die bisher leichteste und rissfreie Legierung effektiv entworfen und in 3D gedruckt. Diese Legierung besteht aus sieben Elementen mit hohem Niobgehalt und weist eine komplizierte Legierungsstruktur auf. Es hat einen um mindestens 48 % höheren Schmelzpunkt als frühere Nickel-Kobalt-Superlegierungen und kann hohen Temperaturen über 1315 Grad standhalten, ohne zu schmelzen. Dieser einfallsreiche Durchbruch verbessert nicht nur die Qualität der additiven Fertigung von Turbinenschaufeln, sondern trägt auch dazu bei, das Gewicht von Flugzeugen und Gasturbinen zu reduzieren und die allgemeine Leistung zu verbessern.
Flugzeughersteller finden großen Nutzen für neu entwickelte Legierungen, die im Metall-3D-Druck hergestellt werden. Neue Legierungen können beispielsweise für den Bau kritischer Motorkomponenten wie Hochtemperatur-Isolierdichtungen, Turbinenschaufeln und Brennkammern entwickelt werden. Die neue Legierung ist die ideale Wahl, da sie aufgrund ihrer Hochtemperaturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit möglich ist um chemischen Umgebungen und großen Hitzebelastungen standzuhalten. Darüber hinaus ermöglicht die neue Legierung die Herstellung wichtiger Teile, einschließlich Strukturabschnitten und Wärmeschutzsystemen, und verbessert so die allgemeine Sicherheit und Leistung von Flugzeugen.
Die neuen Legierungen im Metall-3D-Druck bringen nicht nur die Flugzeugtechnik voran, sondern bieten auch einfallsreiche Möglichkeiten für viele andere Bereiche. Für den Energiesektor können neue Legierungen erzeugt werden, um beispielsweise robustere und effizientere Gasturbinenteile und Strukturkomponenten für Kernreaktoren zu bauen. Die medizinische Industrie nutzt neue Legierungen für die Herstellung präziserer und zuverlässigerer Geräte und Implantate. Diese Anwendungen erweitern nicht nur das Spektrum der Möglichkeiten der Metall-3D-Drucktechnologie, sondern unterstützen auch die industrielle Modernisierung in verwandten Sektoren und den technologischen Fortschritt in relevanten Bereichen.
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