Fräsen, Schmieden, Gießen: Früher betrieben Entwicklungsingenieure großen Aufwand, um erste Prototypen von metallischen Werkzeugen, Bauteilen oder Gehäusen herzustellen. Mit dem “Rapid Prototyping” geht es bedeutend schneller. Am Computer entworfen, spuckt ein Strahldrucker kleine Metallpartikel aus und lässt Schicht für Schicht das neue Werkstück wachsen. Diese Technik funktioniert nun erstmals auch für das Leichtmetall Aluminium, eines der wichtigsten Materialien im modernen Maschinenbau. Über diesen Durchbruch berichten australische Forscher in der Fachzeitschrift Science (Vol. 301, S. 1225).
“Die Einfachheit und Schnelligkeit dieses Prozesses im Vergleich zu konventionellen Wegen zeigt einen neuen Weg zu Aluminium-Komponenten auf”, schreiben Tim Sercombe und Graham Schaffer von der University of Queensland. Statt des klassischen Weges über geschmolzenes Aluminium entwickelten sie quasi ein dreidimensionales “Druckverfahren” für dieses Leichtmetall.
Mit einem Laser sinterten sie zuerst ein grobes Skelett aus einem Haufen mikrometerfeiner Körnchen eines Harz-Aluminium-Gemischs heraus. Punkt für Punkt härtete dabei der Laserstrahl das Gerüst aus dem Aluminiumpulver aus. Nach einer Hitzebehandlung bei rund 540 grad Celsius erwies sich dieses Skelett als stabil genug für den zweiten Arbeitsschritt.
Unter exakter Temperaturkontrolle und einer Stickstoffatmosphäre füllten die Forscher die verbleibenden Lücken in diesem filigranen Gerüst aus. Über einige Stunden infiltrierten sie so geschmolzenes Aluminium, das sich gezielt in den Lücken ablagerte, und das fertige, teilweise massive, teilweise mit feinen Strukturen versehene Werkstück entsteht. In einem Testlauf ließen die Forscher so einen fein strukturierten Turm für ein Schachspiel quasi wachsen.
Ihr Rekord liegt derzeit bei einem rund einem Kilogramm schweren Alumnium-Prototypen. “Doch es gibt kein theoretisches Limit für die Größe”, so die Forscher. Lediglich die Größe der Skelettplattform als auch des Ofens für das Stopfen der Gerüstlücken bestimmen die Ausmaße des Endprodukts. Im Vergleich zu klassischen Prototyp-Herstellungsprozessen fällt hier die aufwändige Produktion einer Gussform und spezieller Werkzeuge weg. Daher hoffen die Forscher, dass ihr System nach weiteren Verbesserungen bald in der Industrie eingesetzt werden könnte.
Jan Oliver Löfken
