TUM-tutkijat mullistavat alumiinikomponenttien 3D-tulostuksen!

TUM-tutkijat mullistavat alumiinikomponenttien 3D-tulostuksen!

12. syyskuuta 2025, Münchenin teknillinen yliopisto (TUM) ilmoitti käynnistäneensä tärkeän tutkimusprojektin nimeltä Aluminum from Additive Manufacturing (AlaAF) yhdessä Friedrich-Alexander University Erlangen-Nürnbergin (FAU) ja Colibrium Additive -hankkeen kanssa. Tätä hanketta rahoittaa liittovaltion opetus-, teknologia- ja avaruusministeriö 1,17 miljoonalla eurolla, ja sen tavoitteena on optimoida kevyiden ja kimmoisten alumiinikomponenttien tuotanto ilmailuteollisuudelle teollisen 3D-tulostuksen avulla.

Projektin painopiste on Laser Powder Bed Fusion (LPBF) -prosessi. Tämän innovatiivisen tekniikan mukaan metallijauhe sulatetaan kerros kerrokselta komponenteiksi laserilla. Valmistettujen osien suunnitteluvapaus on erittäin tärkeä. Yksi tutkijoiden avainongelmista on erittäin lujien alumiiniseosten jäähtymisen aikana syntyvät halkeilut, mikä vaikeuttaa huomattavasti niiden käyttöä kantavissa rakenneosissa.

Tekniikka ja haasteet

AlaAF-projekti kokoaa yhteen useita instituutioita, mukaan lukien alan kehittyneet valmistustekniikat Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT). Täällä kehitettiin monimutkaisia ​​painevalutyökaluja suurille alumiiniosille. Ns. PBF-LB/M-teknologia mahdollistaa suurten, autoteollisuuden kannalta keskeisten painevalumuottien valmistuksen. Näiden muotojen on oltava lämmönkestäviä, mukautuvia ja joustavia, jotta ne voivat vastata sähköisen liikkuvuuden haasteisiin.

Tarvittava erikoisteräs L-40 on tässä ratkaisevan tärkeä, sillä sen avulla voidaan valmistaa muotteja mukautuvalla jäähdytyksellä. Tämä innovaatio auttaa minimoimaan lämpötilahuiput ja pidentämään merkittävästi muottien käyttöikää vähentämällä kulumista.

AlaAF-projektissa käytetään uutta lähestymistapaa, jossa metallijauheessa käytetään erityisiä lisäaineita submikronisten keraamisten hiukkasten muodostamiseen. Tämä tekniikka johtaa hienorakeiseen mikrorakenteeseen, joka sekä vähentää halkeamien muodostumista että parantaa komponenttien mekaanisia ominaisuuksia. Tavoitteena on saavuttaa kokonaispaino, joka on kevyempi menettämättä kimmoisuutta. Tällaiset innovaatiot ovat erityisen tärkeitä alalla, joka on merkittävässä muutoksessa kustannusten nousun ja energiasiirtymätarpeen vuoksi.

Tutkimus ja analyysi

Toinen TUM-tutkimuksen painopiste on neutronimenetelmien käyttö materiaalien tutkimisessa. FRM II -tutkimusreaktorin avulla tutkijat voivat analysoida painettujen materiaalien faasijakaumia ja sisäisiä jännityksiä. Neutronikokeiden ja mekaanisen jännityksen sekä lämpötilan vaihtelun yhdistelmä auttaa kuvaamaan teollisia olosuhteita realistisesti ja optimoimaan valmistettujen osien laadun.

Ryhmä, jota johtaa Dr. habil. Ralph Gilles TUM:sta on myös omistautunut LPBF-prosessin prosessiparametrien kehittämiseen. FAU analysoi painetut materiaalit yksityiskohtaisesti parantaakseen edelleen mekaanisia ominaisuuksia ja täyttääkseen siten ilmailuteollisuuden pitkän aikavälin vaatimukset.

Kaiken kaikkiaan AlaAF-projekti on merkittävä askel ilmailun materiaalitutkimuksessa ja osoittaa additiivisten valmistustekniikoiden mahdollisuudet kehittää korkealaatuisia ja kestäviä ratkaisuja, jotka voivat vastata tulevaisuuden haasteisiin. Yliopistojen ja teollisuuden välinen yhteistyö muodostaa perustan tälle tulevaisuuteen suuntautuvalle tutkimukselle ja kehitykselle.