Sicherung der neuen Metall-3D-Drucktechnologie

KIMS und andere gemeinsame Forschungsteams entwickeln eine Quelltechnologie für die additive Fertigung von Metall-3D-Druckstiften

Nationaler Forschungsrat für Wissenschaft und Technologie

Bild: Konzeptdiagramm des Metall-3D-Druckstiftprozessesmehr sehen

Bildnachweis: Korea Institute of Materials Science (KIMS)

□ Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Sang-woo Song, Dr Das Ministerium für Wissenschaft und IKT hat eine grundlegende Technologie zur Kontrolle des Volumens geschmolzenen Metalls im Prozess des 3D-Drucks von Metall mithilfe von Schweißtechniken entwickelt. Dies erreichten sie durch gemeinsame Forschung mit einem Forschungsteam unter der Leitung von Professor Young-tae Cho und Professor Seok Kim von der Fakultät für Maschinenbau der Changwon National University und einem Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Dae-won Cho vom Busan Machinery Research Center das Korea Institute of Machinery & Materials. Infolgedessen haben sie erfolgreich eine Metall-3D-Druckstifttechnologie entwickelt, mit der Metall kontinuierlich und frei in einem dreidimensionalen Raum gedruckt werden kann.

□ Die vom Forschungsteam entwickelte Metall-3D-Druckstifttechnologie hat den Vorteil, dass sie Metall frei und kontinuierlich drucken kann, wobei die Bewegungsrichtung des Schweißbrenners im 3D-Raum frei ist. Im Vergleich zum herkömmlichen 3D-Metalldruck mit Lasern sind die Kosten für den Gerätebau gering und die additive Fertigung kann mit handelsüblichen Schweißmaterialien schnell durchgeführt werden, was sie wirtschaftlicher macht.

□ Die additive Fertigung von Metallen unter Verwendung von Schweißtechniken weist Einschränkungen bei der Realisierung komplexer Strukturen auf, da es sich um einen begrenzten Prozess handelt, bei dem nur eine Schicht nach der anderen aufgebaut wird. Dies liegt daran, dass nachfolgende Schichten nach der vollständigen Erstarrung laminiert werden, wodurch verhindert wird, dass das geschmolzene Metall nach unten fließt. Aus diesem Grund besteht der Nachteil, dass eine Abkühlzeit erforderlich ist und die Bedingungen, unter denen laminiert werden kann, auf bestimmte Beispiele beschränkt sind. Um dieses Problem zu lösen, führte das Forschungsteam eine Computeranalyse durch, um die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls und das erstarrte Volumen entsprechend Konvektion/Leitung zu berechnen und präzise zu steuern. Darüber hinaus haben sie eine Technologie entwickelt, mit der die additive Metallfertigung unter allen Bedingungen durchgeführt werden kann, einschließlich horizontaler, vertikaler, geneigter und Überkopfpositionen. Durch die kontinuierliche Laminierung des Metalls in der flüssigen Phase vor seiner vollständigen Erstarrung wird die Herstellungszeit verkürzt, es gibt keine Grenzen zwischen den Schichten und es bildet sich eine dichte Mikrostruktur mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften.

※ Bei der Duktilität 24,5 % Verbesserung im Vergleich zum bestehenden WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing)Prozess, basierend auf Inconel 625 (WAAM: Schweißen und additive Fertigung (AM) von drahtförmigen Materialien unter Verwendung einer Lichtbogenwärmequelle)

□ Im Jahr 2021 beträgt die Größe des 3D-Druckermarktes im In- und Ausland 82,1 Milliarden KRW bzw. 2,1 Milliarden US-Dollar, mit jährlichen durchschnittlichen Wachstumsraten von 10,5 % bzw. 20 %. Von diesem Forschungserfolg wird erwartet, dass er der Fertigungsindustrie neue Impulse verleiht, indem er sich um die technologische Überlegenheit im Bereich der additiven Metallfertigung und die Herstellung von Maschinen und Teilen mit hoher Wertschöpfung bemüht.

□ „Wir haben den kontinuierlichen additiven Fertigungsprozess um die additive 3D-Freiformfertigung erweitert, was im bestehenden additiven Metallfertigungsprozess als unmöglich galt“, sagte Sang-woo Song, leitender Forscher am KIMS, der für die Forschung verantwortlich ist. Er fuhr fort: „Wie bei der bestehenden 3D-Drucktechnologie mit Polymeren ist es möglich, mithilfe vorhandener Metallschweißmaterialien problemlos komplexe Strukturen herzustellen, was ein neues Paradigma für die Fertigungsindustrie darstellt.“

□ Dieses Forschungsergebnis wurde im Rahmen eines Projekts zur „Entwicklung multimetallischer Schichtmaterialien für multifunktionale mikromodulare Reaktoren“ vom Korea Institute of Materials Science mit Unterstützung des Ministeriums für Wissenschaft und IKT durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Forschungsergebnisse als Titelpapier in der Februar-Ausgabe von Advanced Science (IF=17.521), einer weltbekannten Fachzeitschrift, ausgewählt. Derzeit führt das Forschungsteam die Nachfolgeforschung zur additiven Fertigung von Maschinen und Teilen mit hoher Wertschöpfung in der Kernkraftwerks- und Verteidigungsindustrie fort.

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Über das Korea Institute of Materials Science (KIMS)

KIMS ist ein gemeinnütziges, staatlich finanziertes Forschungsinstitut, das dem Ministerium für Wissenschaft und IKT der Republik Korea untersteht. Als einziges auf umfassende Materialtechnologien spezialisiertes Institut in Korea hat KIMS einen Beitrag zur koreanischen Industrie geleistet, indem es eine breite Palette von Aktivitäten im Zusammenhang mit der Materialwissenschaft durchgeführt hat, darunter Forschung und Entwicklung, Inspektion, Prüfung und Bewertung sowie Technologieunterstützung.

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10.1002/advs.202370030

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24.02.2023

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