Ett FoU-lab i Kalifornien har presenterat en ny metod för 3D-tryckning av höghållfasta aluminiumlegeringar till komponenter som kräver höga toleranser för användning inom flyg- och bilindustrin.

HRL Laboratories, LLC har förklarat att deras nya metod för friformframställning kan användas för höghållfasta aluminiumlegeringar såsom AA 7075 och AA 6061. Dessa legeringar, vanligen använda inom flyg- och bilsektorn, har inte kunnat användas för 3D-tryckning förrän detta genomslag kom.

”Vi använder en 70 år gammal kärnbildningsteori för att lösa ett 100-årigt problem med 2000-talets utrustningar,” förklarar projektledaren Hunter Martin.

Enligt forskarna besväras höghållfast aluminium av sprickbildning då det utsätts för friformsframställning då värmningen vid 3D-tryckning gör legeringen spröd och fjällig.

Forskarna löste detta problem genom att tillsätta zirkoniumbaserade nanopartiklar till pulverlegeringen. Då blandningen smälts i skikt på varandra med en laser fungerar nanopartiklarna som kärnbildningsställen på vilka legeringen stelnar. Detta tillåter legeringen att härda och bli starkare utan att erhålla sprickningen som annars försvagar hela strukturen.

”Vårt första mål var att räkna ut hur man eliminerar varmsprickningen helt och hållet. Vi försökte kontrollera mikrostrukturen och lösningen blev det som händer naturligt vid materialets egen stelning,” säger Martin.

För att hitta lämpliga nanopartiklar använde forskarna datasökning för att förenkla jakten på ett ämne som har de nödvändiga egenskaperna.

”Datasökningen var viktig,” säger Brennan Yahata. ”Sättet som metallurgin normalt använder är att gå igenom det periodiska systemet efter legeringsämnen och pröva sig fram. Vitsen med att använda databehandling var att göra ett selektivt närmande till kärnbildningsteorin vi visste skulle leda fram till material med de egenskaper vi behövde. Så fort som vi matade in vad vi önskade så närmade sig den stora dataanalysen området för tillgängliga material från hundratusentals till några få. Vi gick från en höstack till en handfull möjliga nålar.”

Förutom aluminium sa forskarna att processen också kan ta fram andra svetsbara metaller som inte kan fogas under vanliga svetsprocesser vid första påseendet.

Baserat i Malibu är HRL Laboratories ett samriskbolag mellan Boeing Company och General Motors.