Forscher entwickeln superelastische Formgedächtnislegierung für den 3D-Druck

Links ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme von Nickel-Titan-Pulver abgebildet. Das Pulver kann zur Herstellung von 3D-gedruckten Teilen wie den Gittern rechts verwendet werden. Texas A&M Engineering

Ingenieure der Texas A&M University haben mit Unterstützung der US National Science Foundation eine superelastische Formgedächtnislegierung (SMA) für den 3D-Druck entwickelt. Das Material verhindert Teiledefekte wie Verziehen und Delaminierung, die häufig auftreten, wenn diese Materialien auf Geräten im LPBF-Stil (Laser-Pulver-Bett-Fusion) 3D-gedruckt werden.

Nickel-Titan-SMAs werden in Luft- und Raumfahrt- und biomedizinischen Anwendungen, einschließlich Flugzeugflügeln und chirurgischen Geräten, verwendet, da sie nach Einwirkung von Hitze oder Belastung in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren. Aufgrund der kosten- und ressourcenintensiven Natur des Herstellungsprozesses war die Verwendung von Nickel-Titan-SMAs jedoch begrenzt.

„Formgedächtnislegierungen sind intelligente Materialien, die sich ihre Hochtemperaturformen merken können“, sagte Lei Xue, Erstautorin eines Artikels über Forschung und Entwicklung. „Obwohl sie auf vielfältige Weise eingesetzt werden können, erfordert die Herstellung komplexer Formen aus Formgedächtnislegierungen eine Feinabstimmung, um sicherzustellen, dass das Material die gewünschten Eigenschaften aufweist.“

Die meisten Nickel-Titan-Materialien werden während eines typischen LPBF-Prozesses beschädigt. Die Forscher verwendeten ein Rahmenwerk, um optimale Parameter zur Vermeidung von Defekten auszuwählen und Nickel-Titan-Teile herzustellen, die bei Raumtemperatur konstant eine Zugsuperelastizität von 6 % aufweisen. Dieser Prozentsatz sei fast doppelt so hoch wie der bisher dokumentierte Betrag, so die Universität.

Die Entwicklung hat das Potenzial, die Skalierbarkeit von 3D-gedruckten Nickel-Titan-SMAs zu erhöhen. „Die Studie kann als Leitfaden für das Drucken von Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen mit den gewünschten mechanischen und funktionellen Eigenschaften dienen“, sagte Xue. „Wenn wir die kristallographische Textur und Mikrostruktur anpassen können, gibt es weitaus mehr Anwendungen, in denen diese Formgedächtnislegierungen eingesetzt werden können.“