Naukowcy z TUM rewolucjonizują druk 3D komponentów aluminiowych!

Naukowcy z TUM rewolucjonizują druk 3D komponentów aluminiowych!

W dniu 12 września 2025 r. o godz Uniwersytet Techniczny w Monachium (TUM) ogłosiła, że ​​wraz z Uniwersytetem Friedricha-Alexandera w Erlangen-Norymberdze (FAU) i Colibrium Additive uruchomiła ważny projekt badawczy o nazwie Aluminium z wytwarzania przyrostowego (AlaAF). Projekt ten jest finansowany przez Federalne Ministerstwo Edukacji, Technologii i Przestrzeni Kosmicznej kwotą 1,17 miliona euro i ma na celu optymalizację produkcji lekkich i wytrzymałych komponentów aluminiowych dla przemysłu lotniczego i kosmicznego za pomocą przemysłowego druku 3D.

Głównym tematem projektu jest proces fuzji laserowego łoża proszkowego (LPBF). Według tej innowacyjnej technologii proszek metalowy jest topiony warstwa po warstwie w komponenty za pomocą lasera. Dużą wagę przywiązuje się do swobody projektowania produkowanych części. Jednym z kluczowych problemów, jakie starają się rozwiązać badacze, jest pękanie podczas chłodzenia wysokowytrzymałych stopów aluminium, co znacznie utrudnia ich zastosowanie w nośnych elementach konstrukcyjnych.

Technologia i wyzwania

Projekt AlaAF skupia kilka instytucji, w tym wyrafinowane techniki produkcji Instytut Technologii Laserowej Fraunhofera (ILT). Opracowano tutaj złożone wkładki do narzędzi do odlewania ciśnieniowego dla dużych części aluminiowych. Tzw. technologia PBF-LB/M umożliwia produkcję dużych form odlewniczych, które mają kluczowe znaczenie dla przemysłu motoryzacyjnego. Formy te muszą być odporne termicznie, przystosowywalne i wytrzymałe, aby sprostać wyzwaniom mobilności elektrycznej.

Wymagana specjalna stal L-40 jest tutaj kluczowa, ponieważ umożliwia produkcję form z chłodzeniem konformalnym. Ta innowacja pomaga zminimalizować skoki temperatur i znacznie wydłużyć żywotność form poprzez zmniejszenie zużycia.

W projekcie AlaAF zastosowano nowe podejście, które wykorzystuje specjalne dodatki w proszku metalu w celu utworzenia submikronowych cząstek ceramicznych. Technika ta pozwala uzyskać drobnoziarnistą mikrostrukturę, która zarówno ogranicza powstawanie pęknięć, jak i poprawia właściwości mechaniczne komponentów. Celem jest osiągnięcie mniejszej masy całkowitej bez utraty sprężystości. Tego typu innowacje są szczególnie istotne w sektorze, który przechodzi istotne zmiany ze względu na rosnące koszty i potrzebę transformacji energetycznej.

Badania i analizy

Innym przedmiotem badań TUM jest wykorzystanie metod neutronowych do badania materiałów. Reaktor badawczy FRM II umożliwia naukowcom analizę rozkładów faz i naprężeń wewnętrznych w drukowanych materiałach. Połączenie eksperymentów neutronowych i naprężeń mechanicznych, a także zmian temperatury pomaga realistycznie odzwierciedlić warunki przemysłowe i zoptymalizować jakość produkowanych części.

Zespół kierowany przez dr hab. Ralph Gilles w TUM zajmuje się także opracowywaniem parametrów procesu LPBF. FAU szczegółowo przeanalizuje drukowane materiały, aby jeszcze bardziej poprawić właściwości mechaniczne i tym samym spełnić długoterminowe wymagania przemysłu lotniczego.

Ogólnie rzecz biorąc, projekt AlaAF stanowi znaczący krok w badaniach nad materiałami dla lotnictwa i pokazuje potencjał technik wytwarzania przyrostowego w opracowywaniu wysokiej jakości, zrównoważonych rozwiązań, które mogą sprostać wyzwaniom przyszłości. Współpraca między uniwersytetami a przemysłem stanowi podstawę tych przyszłościowych badań i rozwoju.