Lasertechnik – Damaszenerstahl im 3-D-Druck-Verfahren

Wie es Forschern gelungen ist, Damaststahl im 3-D-Drucker herzustellen.
Klassischer Damaststahl
Konventionell geschmiedeter Damaststahl. © Aleksei - stock.adobe.com

Durch geschickte Temperaturvariation lässt sich ein Verbundwerkstoff mit unterschiedlich harten Metallschichten erzeugen. Eine Arbeitsgruppe um Philipp Kürnsteiner vom Max-Planck-Institut für Eisenforschung hat herausgefunden, dass sich auf diese Art Damaszenerstahl im 3-D-Drucker herstellen lässt. 

Das Team baut das Material auf, indem es mithilfe eines Lasers schichtweise ein speziell entwickeltes Metallpulver übereinanderlegt. Diese Technik wird selektives Lasersintern genannt. Laut Kürnsteiner ist der so entstandene Stahl sogar stabiler und elastischer als sein historisches Vorbild. Die Technik basiert auf der Erkenntnis, dass man das Metallpulver nicht nur sintern, sondern mithilfe genau gesteuerter Temperaturen auch die Eigenschaften bestimmen kann. Für die genauen Eigenschaften eines Stahls ist der Anteil an Martensit entscheidend, der die Legierung sehr hart macht. Im Damaszenerstahl wechseln sich martensitreiche harte Schichten mit weichen Schichten ab. Diesen Effekt erzeugte die Arbeitsgruppe, indem sie immer vier Schichten eines Eisenpulvers mit kleinen Anteilen Nickel und Titan mit dem Laser zusammensinterte und danach die Oberfläche kurz abkühlen ließ. Durch die Abkühlung entstand in dieser Schicht jeweils zu einem hohen Anteil Martensit, sodass sich harte und weiche Lagen abwechseln.

In ihren Experimenten stellten die Forscher würfel- oder quaderförmige Stahlstücke mit Seitenlängen von wenigen Zentimetern her. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse lassen sich auch auf Objekte mit komplexeren Geometrien übertragen, für die der computergesteuerte 3-D-Druck interessant ist. Zudem ist der damaszenerartige Stahl mit den wechselnden Schichten nur ein Beispiel für die Möglichkeit, die Mikrostruktur einer Legierung bereits während des Herstellungsprozesses lokal zu beeinflussen. Zum Beispiel sei es genauso gut möglich, Werkzeug-Bauteile mit einem durchgehend weichen Kern zu erschaffen, die dann von einer harten, abriebfesten äußeren Schicht umgeben sind, erklärt Eric Jägle, Leiter der Gruppe „Legierungen für die Additive Fertigung“ am Max-Planck-Institut für Eisenforschung und seit Januar 2020 auch Professor an der Universität der Bundeswehr München. Denkbar, so die Forscher, sei es eventuell auch, mit der Technik nicht nur die Härte, sondern auch weitere Eigenschaften wie etwa Korrosionsbeständigkeit lokal gezielt einzustellen.

www.mpg.de/15017328/damaszener-stahl-3d-druck

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Claudia Jahn

Claudia Jahn

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