“Az amorf fémek megváltoztatják a világot” – újabb mérföldkő a fémnyomtatásban

Az amorf fémek és ötvözetek, fémüvegek kiváló tulajdonságaival már az 1960-as évek óta ismerkednek a szakmabeliek, azonban most elsőként egy német és egy svéd cég közös projektjének keretein belül sikerült 3D nyomtatással előállítani a különleges szerkezetet. 

Az amorf fémek vagy amorf ötvözetek számos kedvező tulajdonsággal rendelkeznek, így például az elektronikai iparban sok területen átvehették a kristályos szerkezetű anyagok helyét. Az amorf szerkezet lényege, hogy a fémeknél megszokott kristályrácsok és rendezett belső szerkezet helyett csak lokális rendezettség fedezhető fel atomi szinten. Mindezt hagyományosan úgy érik el, hogy a fémolvadékot egy gyorsan forgó, belső hűtéssel rendelkező fémhenger felületén nagyon nagy hűlési sebességgel (106 K/s) hűtik, így az atomok számára nincs elegendő idő a rendezett kristályrácsos szerkezet kialakításához. A módszer hátránya, hogy így csak rendkívül kis mennyiségben, vékony szalagok formájában állíthatók elők ezek a különleges anyagok. Kedvező tulajdonságaik miatt azonban számos kutatási projekt indult világszerte, melyek célja új előállítási módszerek kidolgozása volt. Ma már több alternatíva is létezik, például a termoplasztikus formálás vagy kokillában történő lehűtés, emellett számos olyan ötvözetet fedeztek már fel, melyek sokkal alacsonyabb (akár 1 K/s) lehűtési sebesség mellett is alkalmasak tömbös amorf fém vagy fémüveg előállítására.

AmorphMetalPrinting_cikk1

A 3D fémnyomtatás napjainkra egy széles körben elterjedt folyamattá vált, azonban még mindig rengeteg kiaknázatlan lehetőséget rejt magában. Lehetséges, hogy a közeljövőben alapjaiban változik meg a fémmegmunkálás világa az additív technológiák, az alkalmazott alapanyagok és felhasználási lehetőségeik részletesebb megismerésével. Az amorf anyagokat tekintve szintén rengeteg olyan területre gondolhatunk, ahol egyedülálló energia-elnyelő tulajdonságukból, vagy éppen a korrózió- és karcállóságukból adódóan kiválóan alkalmazhatók. Az elmúlt 50 évben a fémüveg ipari felhasználását a megfelelő előállítási technológiák hiánya korlátozta, azonban az additív megmunkálásnak köszönhetően ez megváltozott.

A technológiai együttműködés eredményeképpen a fémnyomtatási technológiákkal foglalkozó svéd Exmet és a fémporok specialistája, a német Heraeus sikeresen állított elő amorf szerkezetű ötvözetet 3D fémnyomtatás segítségével. “Az amorf fémek megváltoztatják a világot. Rendkívül szívósak, mégis könnyen formálhatók, emellett szilárdabbak és jobb a korrózióálló képességük is, mint a hagyományos fémeknek. Az Exmet-tel együttműködve meg akartuk nyitni ezt a különleges területet az ipar és a 3D nyomtatás előtt,” mondta Tobias Caspari, a Heraeus 3D nyomtatási részlegének vezetője. “Az additív megmunkálások esetén különösen fontos, hogy a technológia és az alapanyag passzoljon egymáshoz, csak így érhető el a tökéletes minőség.”

Az Exmet sikertörténete 2012-ben kezdődött, amikor egy kutatási projekt eredményeként igazolták, hogy a szintén svéd ARCAM elektronsugaras olvasztási (EBM – Electron Beam Melting) technológiájának használatával előállítható az amorf szerkezet. Az eljárás nagymértékben hasonlít a szelektív lézeres szinterezéssel történő fémnyomtatáshoz, azonban itt lézer helyett egy koncentrált elektronsugarat alkalmaznak. A vákuumban végzett folyamattal fémporból rendkívüli pontossággal állíthatók elő bonyolult szerkezetű ötvözetek, így tökéletesen alkalmas lehet fémüveg nyomtatására is. A Heraeus nagy múlttal rendelkezik a különböző fémek, fémporok előállításában, a projektet követően kínálatukban amorf fémek előállítására alkalmas anyagok is elérhetők lesznek majd.

A kristályos szerkezetű fémekhez képest sokkal rugalmasabb, ugyanakkor ellenállóbb, karc- és korrózióálló, és rengeteg más, előnyös tulajdonsággal rendelkező anyagok felhasználási területeinek nagy részét még nem ismerjük, azonban a 3D fémnyomtatás adta lehetőségeknek köszönhetően várhatóan egyre több területen találkozhatunk majd velük. Bevonatként, elektronikai termékek burkolóanyagaként, de például transzformátorokban és chip-ekben jelenleg is alkalmaznak amorf fémeket, de tekintve, hogy az additív megmunkálásnak szinte csak a kreativitásunk szabhat határt, az amorf fémekben használt ötvözőelemek választéka pedig egyre csak bővül, az alkalmazási lehetőségek egy egészen új dimenziója nyílhat meg a szakemberek előtt.

Források:
www.heraeus.com
www.exmet.se
www.matsci.uni-miskolc.hu