Heraeus Additive Manufacturing GmbH amorphe Metalle: 3D-Druck amorpher Metalle

Heraeus entwickelt gemeinsam mit dem schwedischen Start-up Exmet den 3D-Druck von amorphen Bauteilen und erweitert dadurch sein Spektrum für Spezialwerkstoffe.

Anders als konventionelle kristalline Materialien besitzen amorphe Metalle einen ungeordneten atomaren Aufbau, der sich gewöhnlich durch ein ausreichend schnelles Abkühlen aus der Schmelze bildet. Dieser ungeordnete Strukturzustand hat grundlegende Auswirkungen auf das Materialverhalten und resultiert in Eigenschaften, die konventionelle, kristalline Materialien teils deutlich übertreffen.

So besitzen metallische Gläser (amorphe Metalle) extrem hohe Festigkeiten und zeichnen sich durch besondere Härten aus. Die Kombination aus hoher Streckgrenze bei hoher elastischer Dehnung führt zu beträchtlicher Speicherung elastischer Energie, das sogar Federstähle deutlich übertrifft. Gemeinsam mit der ebenfalls niedrigen Dämpfung macht dies metallische Gläser zum idealen Federwerkstoff.

Spezielle Eigenschaften amorpher Metalle

Durch Abwesenheit von Korngrenzen sind amorphe Metalle im Vergleich zu ihren kristallinen Gegenpartnern zudem oftmals korrosionsbeständiger. Legierungen mit ausreichend hohem Gehalt an ferromagnetischen Elementen wie Fe, Co und Ni zeigen zudem ein erhebliches weichmagnetisches Verhalten.

Die speziellen Eigenschaften metallischer Gläser resultieren in einer Vielzahl an Hightech-Anwendungen in nahezu allen Bereichen, in denen höchste Anforderungen an Material und Design gestellt werden.

Amorphe Metalle für den 3D-Druck erschließen

Zusammen mit dem schwedischen Unternehmen Exmet will Heraeus diese neue Materialklasse für die Industrie und den 3D-Druck erschließen. Heraeus bringt sein umfangreiches Material Know-how ein, Exmet hat Expertise bei der Verarbeitung amorpher Metalle im 3D-Druck. „Gerade in der Additiven Fertigung ist es ganz entscheidend, dass Material und Verarbeitungsprozess genau aufeinander abgestimmt sind, um höchste Konsistenz und Qualität sicherzustellen“, betont Tobias Caspari, Leiter Heraeus Additive Manufacturing.

Die neue revolutionäre Technologie hebt die Grenzen auf, die der Produktion von amorphen Metallen durch konventionelle Fertigungsverfahren wie Gießen oder Schmelzspinnen bisher gesetzt waren. Insbesondere die Bereitstellung extrem hoher Abkühlraten, die benötigt werden, um die amorphe Struktur der Schmelze aufrecht zu erhalten, limitierte bislang Größe und Design amorpher Bauteile.

Einschränkungen vermeiden

Durch den schichtweisen Aufbau generativer Verfahren lassen sich diese Einschränkungen umgehen. Mittels Additiver Fertigung können die Eigenschaften amorpher Metalle sowohl technisch als auch designspezifisch voll ausgeschöpft werden. Mit typischen Schichtdicken von 25 bis 40 µm wird jeweils nur eine geringere Menge auf einmal aufgeschmolzen. Die dabei entstehenden Kühlraten sind ausreichend, um eine Kristallisation zu vermeiden.

„Der kommerzielle Erfolg von amorphen Metallen wird aufgrund ungeeigneter Fertigungsmethoden seit gut 50 Jahren regelrecht ausgebremst. Das wird sich jetzt ändern. Exmet freut sich auf die Zusammenarbeit mit Heraeus als kompetentem Partner mit einem weltweiten Netzwerk, um diese revolutionäre neue Technologie auf den Markt bringen zu können“, so Mattias Unosson, Mitbegründer und CEO von Exmet.

Johannes Euler
Sales Manager der Heraeus Additive Manufacturing GmbH

„Amorphe Metalle, oder auch metallische Gläser, bieten in der Praxis zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Die Grenzen der Herstellbarkeit werden durch die Additive Fertigung durchbrochen, wodurch diese Materialien auch im industriellen Umfeld interessant werden.“