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Amorphe Metalle 3D-drucken | TRUMPF

Amorphe Metalle 3D-drucken

Der neue Super-Werkstoff in der additiven Fertigung

Extrem fest, aber gleichzeitig hochelastisch: Amorphe Metalle, auch metallische Gläser genannt, sind DAS neue Super-Material beim 3D-Druck zahlreicher High-Tech-Anwendungen. Seine spannenden Eigenschaften bergen riesiges Potential für innovative Bauteile im Bereich Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Robotik, E-Mobilität oder im Lifestyle-Bereich.

Was sind amorphe Metalle?

Amorphe Metalle werden auch als metallische Gläser bezeichnet und sind ganz außergewöhnliche Allround-Talente. Denn obwohl sie eine extreme Festigkeit aufweisen, sind sie gleichzeitig hochelastisch. Eigentlich zwei gegensätzliche Eigenschaften, die einzigartige Beschaffenheit metallischer Gläser macht es möglich. Amorphe Metalle haben im Gegensatz zu kristallinen Materialien keine geordnete Gitterstruktur. Das entsteht durch eine hohe Abkühlrate der Schmelze. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die Teilchen im Metall gleichmäßig anordnen. Das Ergebnis: ein amorpher, also nicht kristalliner Festkörper, in dem die Atome in einem nahezu ungeordneten Zustand verbleiben.

Welche Vorteile haben metallische Gläser?

Hohe Härte und Festigkeit bei gleichzeitig hoher Elastizität: Aus dieser einzigartigen Kombination ergeben sich unzählige Vorteile bei der Herstellung amorpher Bauteile.

Isotropes Verhalten

Amorphe Bauteile verfügen in alle Raumrichtungen über die gleichen Materialeigenschaften. Dadurch ergeben sich viele Vorteile, so zum Beispiel in der additiven Fertigung, da der Bauraum in Verbindung mit der Ausrichtung des Bauteils optimal ausgenutzt werden kann.
 

Biokompatibilität

3D-gedruckte amorphe Bauteile sind biokompatibel und daher prädestiniert für viele medizintechnische Anwendungen. So lassen sich amorphe Implantate  individuell an den Körperbau des Patienten anpassen.

Elastizität

Amorphe Metalle weisen eine hohe Streckgrenze auf, verbunden mit einer elastischen Dehnung von fast 2%. Dadurch ergeben sich viele Vorteile bei der Fertigung von Implantaten, Sensoren oder Festkörpergelenken, da die Federung erheblich verbessert wird.

Leichtbau

Durch die hohe Festigkeit können Bauteile aus amorphen Metallen dünner, materialsparender und somit leichter gestaltet werden. Besonders wichtig ist dies im Bereich Robotik oder der Medizintechnik, aber auch in der Luft- und Raumfahrt sowie in der E-Mobilität.

Einsatz in sehr kalten Umgebungen

Amorphe Metalle sind tieftemperaturduktil, d.h. sie können ausgezeichnet in Anwendungen mit extrem niedriger Temperatur eingesetzt werden und behalten ihre Eigenschaften. Daher ist diese Materialklasse prädestiniert für die Luft- und Raumfahrtbranche.

Verschleißbeständigkeit

Amorphe Metalle weisen eine sehr hohe Härte und damit einen geringen Abrieb auf, der vergleichbar mit Keramik ist. Diese Eigenschaft ist vor allem für stark beanspruchte Komponenten im Werkzeug- und Formenbau sowie bei Lifestyle-Produkten wie hochwertigen Uhren von hoher Wichtigkeit.

Amorphe Metalle – 3 Fragen zu dem neuen Super-Material

Wie können amorphe Metalle 3D-gedruckt werden?

TRUMPF und Heraeus AMLOY haben gemeinsam ein Verfahren entwickelt, das mit sehr feinem Fokus und extrem kleinem Schmelzvolumen funktioniert. Die Wärme wird schnell abgeführt. So wird die kritische Abkühlzeit von 200 Kelvin pro Sekunde erzielt: Aus dem Pulverbett wächst ein individuell angepasstes und amorph erstarrtes Implantat.

Was bringen amorphe Metalle für Implantate?

Da metallische Gläser über keine Kristallgitter verfügen, verhalten sie sich völlig anders als andere Metalle. Sie sind gleichzeitig extrem fest, hochelastisch und sehr verschleißfest. Somit können auch Implantate aus amorphen Metallen den enormen Strapazen im menschlichen Körper ausgezeichnet standhalten. Hierzu zählen nicht nur Schläge oder Stöße. Der Kieferknochen wird beim Beißen und Kauen regelmäßig dauerbelastet; ein Rippenbogen hält pro Jahr rund acht Millionen Atembewegungen aus.

Warum eignen sich metallische Gläser besonders für den 3D-Druck von Knochen?

Amorphe Legierungen verfügen über ein Elastizitätsmodul nahe dem menschlichen Knochen. Dies ist für den Heilungsprozess und die Belastbarkeit der vormals geschwächten Stelle im Körper von enormem Vorteil. Gleichzeitig sind die Legierungen korrosionsbeständig und zertfiziert biokompatibel.

Amorphe Metalllegierungen – 4 Eigenschaften im Fokus

Heraeus AMLOY hat innovative Legierungen entwickelt, die sich unter anderem für die Herstellung innovativer Implantate hervorragend eignen. Zur Verfügung stehen bereits Zirkonium-basierte Legierungen wie Amloy-ZR01 und Amloy-ZR02. Letzterer ist bereits ein nach ISO 10993-5 und ISO 10993-12 biokompatibel zertifizierter Werkstoff. Darüber hinaus gilt Titan als Material für medizinische Komponenten wie Knochenimplantate oder Herzschrittmacher. Die aktuellen Forschungen an Titanlegierungen zum medizintechnischen Einsatz sind viel versprechend. Ob Titan oder Zirkonium – amorphe Legierungen bestechen durch unterschiedliche Eigenschaften und sind daher für jeweils spezische Anwendungen besonders von Vorteil.

 

Jetzt alle Details zur Herstellung amorpher Bauteile erfahren

Wie ermöglicht die additive Technologie die Verarbeitung amorpher Metalle? Welche amorphen Legierungen und Materialkennwerte gibt es? Diese und viele weitere Fragen – untermauert durch technische Daten – finden Sie im gemeinsam Whitepaper von TRUMPF und Heraeus AMLOY.

Füllen Sie einfach das untenstehende Formular aus und erhalten Sie exklusive Hintergrundinformationen und mehr Details in unserem Whitepaper.


Welche amorphen Anwendungen gibt es?

Von der Lifestyle-Uhr über die Medizintechnik zum Leichtbau: Amorphe Metalle eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten für eine Vielzahl an Branchen und Industrien. Ein großer Hauptvorteil ergibt sich aus der Kombination von 3D-Druck und metallischen Gläsern. Finden Sie es heraus!

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Welche amorphen Anwendungen gibt es?

Von der Lifestyle-Uhr über die Medizintechnik zum Leichtbau: Amorphe Metalle eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten für viele Branchen und Industrien. Denn durch die Kombination von 3D-Druck und metallischen Gläsern lässt sich vor allem eines: Das Material optimal verarbeiten und dabei feinste Strukturen mit glatten Oberflächen generieren. Applikation, die eine sehr hohe Korrosions- und Verschleißbeständigkeit erfordern, können ideal umgesetzt werden. 

Medizintechnik

Mit amorphen Metallen bekommt die Medizintechnik genau was sie sucht: die perfekten Werkstoffe zur Herstellung langlebiger Skalpelle oder minimalinvasiver Instrumente. Aber auch im menschlichen Körper werden amorphe Metalle künftig eine wichtige Rolle spielen – als Implantate.

Lifestyle-Produkte

Polierbare Oberflächen von hoher Qualität und Kratzbeständigkeit geben Lifestyle-Produkten erst das gewisse "Etwas". Sie sind daher essentiell für hochwertige Unterhaltungselektronik, Uhren und Schmuck.

General Industries

Durch die additive Methode können viele industriell gefertige Bauteile „als Ganzes“ gefertigt werden. So müssen die Komponenten nicht einzeln gefertigt und anschließend zusammengesetzt werden.

Mit diesen Maschinen drucken Sie amorph – sogar in Serie

Warum der 3D-Druck und amorphe Metalle ein echtes Dream Team sind: Lesen Sie hier, wie die TruPrint Systeme von TRUMPF und die hochreinen, speziell optimierten Pulver von Heraeus AMLOY perfekt zusammenspielen.

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Mit diesen Maschinen drucken Sie amorph – sogar in Serie

Ein echtes Dream-Team: 3D-Druck und amorphe Metalle. Oder anders gesagt: die TruPrint Systeme von TRUMPF und die hochreinen, speziell optimierten Pulver von Heraeus AMLOY. Denn die TruPrint 1000 und 2000 eignen sich besonders gut für den Druck amorpher Metalle. Die kleinen Strahldurchmesser ermöglichen höchste Oberflächengüten. Dadurch wird die Nachbehandlung der Applikationen vereinfacht bzw. sogar nichtig gemacht. Überschüssiges Pulver kann für den weiteren Bauprozess „inert“ aufbereitet werden, also unter Schutzgas. Dies schützt das Material vor schädlichen Einflüssen wie Sauerstoff, der rasch mit metallischen Gläsern reagiert. Mit einem Strahldurchmesser von 55 µm erzeugt der Laser ein kleines Schmelzbad. Die Wärme wird schnell abgeführt und die kritische Abkühlgeschwindigkeit von 200 Kelvin pro Sekunde eingehalten. Das Metall kann so nicht kristallisieren. In der TruPrint 2000 belichten sogar zwei 300 Watt starke Laser den gesamten Bauraum parallel. So können amorphe Bauteile hochqualitativ und produktiv in Serie gefertigt werden. Dank Condition Monitoring, Powder Bed Monitoring und Melt Pool Monitoring können zudem Fehler im Prozess schon früh erkannt werden. Eine runde Sache.

Ask the Expert: Unser Werkstoffspezialist Christian Schauer erklärt

Christian Schauer stellt die neuartige Werkstoffgruppe metallische Gläser und deren besondere Eigenschaften und Applikationen vor.

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