Ein Forschungsteam der Universität Nagoya hat mithilfe von 3D-Metalldruck erfolgreich eine Reihe neuer, hochfester Aluminiumlegierungen entwickelt. Diese Legierungen weisen auch bei hohen Temperaturen eine gute Festigkeit und Flexibilität auf und bieten damit eine neue Lösung für die Leistungsgrenzen von Aluminium in Hochtemperaturanwendungen wie Motoren. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Nature Communications* veröffentlicht.

In der traditionellen Metallurgie wird die Zugabe von Eisen zu Aluminium üblicherweise vermieden, da dies zu Versprödung und Korrosion führen kann. Das Forschungsteam überwand diese Einschränkung durch die Nutzung der schnellen Abkühlung beim Laser-Pulverbettschmelzen im 3D-Druckverfahren. Der schnelle Erstarrungsprozess schließt Elemente wie Eisen in einer metastabilen Form in der Aluminiummatrix ein und bildet so Mikrostrukturen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht realisierbar sind. Naoki Takada, Hauptautor des Projekts und Professor an der Universität Nagoya, erklärte: „Das Laserbett-Schmelzen ist ein typisches Beispiel für die 3D-Metalldrucktechnologie. Die extrem hohe Abkühlrate führt dazu, dass geschmolzenes Metall innerhalb von Sekunden erstarrt. Dies verändert ein grundlegendes Prinzip: Durch die schnelle Abkühlung werden Eisen und andere Elemente in Strukturen eingeschlossen, die unter normalen Fertigungsbedingungen nicht entstehen können.“ Die Forscher entwickelten eine systematische Element-Screening-Methode, um vorherzusagen, welche hinzugefügten Elemente die Aluminiummatrix stärken und vorteilhafte Mikrostrukturen bilden würden. Sie stellten neuartige Legierungen mit Elementen wie Kupfer, Mangan und Titan zur Überprüfung her. Die leistungsstärkste Aluminium-Eisen-Mangan-Titan-Legierung behielt ihre Festigkeit bei 300 Grad Celsius und zeigte eine gute Flexibilität bei Raumtemperatur. Sie demonstrierte damit eine insgesamt überlegene Leistung im Vergleich zu anderen bekannten 3D-druckbaren Aluminiumwerkstoffen. Professor Takada betonte: „Diese Legierungen lassen sich zudem leichter 3D-drucken als herkömmliches hochfestes Aluminium, das während der Fertigung häufig reißt oder sich verzieht.“

Diese Forschung liefert einen neuen Rahmen für die Entwicklung von Metallwerkstoffen speziell für die 3D-Drucktechnologie. Diese leichten, hitzebeständigen Materialien bieten vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise für Turboladerrotoren in der Automobilindustrie und Triebwerkskomponenten in der Luft- und Raumfahrt, und tragen so zur Gewichts- und Emissionsreduzierung bei.

Weitere Informationen: Autoren: Naoki Takata et al., Titel: „Design of a series of high-performance sustainable aluminum alloys for laser additive manufacturing“, veröffentlicht in: *Nature Communications* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Nature Communications*