Ingenieurs creëren sterke, vervormbare aluminiumlegeringen voor geavanceerd 3D-printen aan Purdue University

AmsterdamOnderzoekers van Purdue University hebben een nieuwe methode ontwikkeld om zeer sterke aluminiumlegeringen te creëren die geschikt zijn voor 3D-printen. Onder leiding van Haiyan Wang en Xinghang Zhang, met hulp van promovenda Anyu Shang, hebben ze metalen zoals kobalt, ijzer, nikkel en titanium toegevoegd aan aluminium om nieuwe, sterke structuren op microschaal te vormen.

Wang en Zhang's team vroeg een patent aan en publiceerde hun onderzoek in Nature Communications. Ze werden gefinancierd door de National Science Foundation en het U.S. Office of Naval Research.

De belangrijkste voordelen van deze nieuwe methode zijn:

• Sterkere aluminiumlegeringen met een treksterkte van meer dan 900 MPa.
• Betere plastische vervormbaarheid dan traditionele legeringen.
• Voorkomen van warmtebarsten tijdens 3D-printen.

Sterke aluminiumlegeringen hebben vaak last van scheuren bij gebruik in additive manufacturing. Shang merkt op dat deze scheuren het materiaal na verloop van tijd kunnen verzwakken. Om scheuren te voorkomen, voegen traditionele methoden deeltjes toe aan de legering, maar dit levert slechts sterktes op van 300 tot 500 MPa. Ter vergelijking: staal heeft doorgaans een sterkte van 600 tot 1.000 MPa, wat aangeeft dat er behoefte is aan sterkere aluminiumlegeringen.

Lees ook:

Vandaag · 09:53

Ontcijferde voornaamwoorden: hersenen onthullen rol van geheugen

De methode van Purdue is uniek omdat het metalen gebruikt die normaal niet in aluminiumlegeringen voorkomen. De onderzoekers creëren microscopisch kleine structuren van metalen die voorkomen dat het materiaal broos wordt. Deze structuren maken het materiaal sterker en flexibeler. Een belangrijke innovatie is het gebruik van een laser in 3D-printing om de materialen snel te verhitten en af te koelen, waardoor deze robuuste structuren worden gevormd.

Wang legde uit dat de nieuwe legeringen bestaan uit een mix van kleine harde deeltjes en grotere aluminium korrels. Deze combinatie verhoogt de spanning, wat gunstig is voor het verharden van het metaal tijdens bewerking. Het team testte dit en ontdekte dat de nieuwe aluminiumlegeringen zeer sterk zijn en gemakkelijk kunnen buigen zonder te breken.

Shang vermeldde dat in deze tests de legeringen sterktes van meer dan 900 MPa vertoonden, met sommige gebieden waar de stressniveaus boven de 1 GPa lagen. Na vervorming onthulden analyses complexe dislocatiestructuren en stapelfouten in de intermetallische verbindingen.

Deze nieuwe ontwikkeling betekent een grote vooruitgang in materiaalkunde, vooral voor de lucht- en auto-industrie. Verbeterde aluminiumlegeringen kunnen leiden tot lichtere en sterkere onderdelen, wat voertuigen en vliegtuigen beter en veiliger maakt. Als deze nieuwe methode wordt toegepast, kan dit een hogere standaard zetten voor sterke en flexibele aluminiumlegeringen in 3D-printing. Er zijn veel potentiële toepassingen, wat een veelbelovende toekomst voor deze materialen in tal van belangrijke gebieden voorspelt.