Das magnetische Schachbrett aus dem Laserdrucker wirkt auf den ersten Blick wie eine Spielerei. Aber das dahinter stehende Prinzip könnte die Methodik der Metallherstellung und -verarbeitung bald um ein entscheidendes Werkzeug erweitern.
„Beim 3D-Druck erreichen wir lokal spielend Temperaturen von mehr als 2,500 Grad Celsius“, so Leinenbach. „Damit können wir gezielt verschiedene Bestandteile einer Legierung verdampfen – zum Beispiel Mangan, Aluminium, Zink, Kohlenstoff und mehr – und so die chemische Zusammensetzung lokal verändern.“
Die Methode ist dabei nicht auf Edelstähle beschränkt, sondern kann auch für viele andere Legierungen nützlich sein. Leinenbach denkt zum Beispiel an Nickel-Titan-Legierungen, die als Formgedächtnislegierungen („shape memory alloys“) bekannt sind. Bei welcher Temperatur sich die Legierung an ihre vorgegebene Form „erinnert“, hängt von gerade einmal 0,1 Prozent mehr oder weniger Nickel in der Mischung ab. Mit Hilfe eines 3D-Laserdruckers ließen sich Bauteile schaffen, die örtlich gestaffelt auf unterschiedliche Temperaturen reagieren.
Feinstrukturen für Elektromotoren von Morgen
Die Möglichkeit, Legierungen mikrometergenau in einem Bauteil zu erzeugen, könnte auch beim Bau neuer, effizienterer Elektromotoren hilfreich sein. Erstmals bietet sich so die Möglichkeit, Stator und Rotor des E-Motors aus magnetisch feinstrukturierten Materialien zu bauen, um die Geometrie der Magnetfelder besser auszunutzen. Entscheidend für die Entdeckung des Zusammenhangs zwischen Laserleistung-Größe des Schmelzpools und Materialeigenschaften war das Knowhow im Bereich Additive Manufacturing, das an der Empa seit rund neun Jahren aufgebaut wird.
Seither widmet sich das Team um Christian Leinenbach als eine der weltweit führenden Arbeitsgruppen den materialwissenschaftlichen Fragestellungen rund um 3D-Laserdruckverfahren. Zugleich sammelten die Empa-Forscher Erfahrung bei der Prozessüberwachung, speziell dem Vermessen der Schmelzpools, deren Größe und Lebensdauer entscheidend fürs gezielte Modifizieren von Legierungen ist.
