de.wedoany.com-Bericht: Andrew Neils, Materialwissenschaftler an der Northeastern University und Mitglied der Cold Spray Research Group, hat in Zusammenarbeit mit bluShift Aerospace ein neues Verfahren entwickelt, um Metallbearbeitungsabfälle in Rohstoffe für die Additivfertigung umzuwandeln. Die Studie nutzt eine Festkörperzerkleinerungstechnologie, bei der durch Kugelmahlen Späne aus 316L-Edelstahl zu Metallpulver verarbeitet werden. Dieses wurde erfolgreich in einem Proof-of-Concept für das Kaltgasspritzen eingesetzt und belegt die technische Machbarkeit der Rückgewinnung von Metallabfällen als Rohstoff für die Additivfertigung.
Neils stellte die Ergebnisse auf der diesjährigen RAPID+TCT-Messe vor. Er erklärte, dass das Projekt auf eine dezentrale, kostengünstige Pulverproduktion abzielt, dabei thermisch induzierte Phasenübergänge vermeidet und durch Festkörperverarbeitung die Energieeffizienz steigert. Im Vergleich zu traditionellen, auf chemischer Synthese basierenden Bottom-up-Verfahren ist dieser Top-down-Kugelmahlprozess schneller, günstiger und leichter skalierbar. Neils betonte, dass das Team bewusst auf eine einfache, etablierte Kugelmahltechnologie gesetzt habe; Planetenkugelmühlen wurden aufgrund ihrer geringen Kosten (ca. 5.000 US-Dollar für Standardlaborgeräte) und einfachen Skalierbarkeit ausgewählt.
Das Mahlen von Metallabfällen zu Pulvern mit einer für die Additivfertigung geeigneten Morphologie stellt eine große Herausforderung dar. Das Forschungsteam kombinierte große Mahlkugeln (für hochenergetische Stöße zur Zerkleinerung und Partikelgrößenreduzierung) mit kleinen Mahlkugeln (für niederenergetische Stöße zur Partikelabrundung und Glättung). Neils wies darauf hin, dass die Aufprallkraft maßgeblich vom Kugeldurchmesser abhängt; eine Vergrößerung des Durchmessers von 6 mm auf 20 mm erhöht die Aufprallkraft um etwa das 37-fache. Das Team nutzte analytische Modelle, um die Aufprallenergie bei der Skalierung auf größere Anlagen vorherzusagen, was für die Übertragung von Planetenkugelmühlen auf größere Geräte wie Rührwerkskugelmühlen entscheidend ist.
In den konkreten Experimenten setzte das Team einen mehrstufigen Mahlprozess ein: Große Kugeln für die anfängliche Zerkleinerung, mittlere Kugeln für die Rissausbreitung und kleine Kugeln für die Partikelverfeinerung. Im Vergleich zum herkömmlichen einstufigen Kugelmahlen erzielten diese zwei- und dreistufigen Verfahren eine engere Partikelgrößenverteilung, eine bessere Formkontrolle und eine höhere Partikelrundheit. Die Forscher verwendeten gasverdüstes Pulver als Referenz und stellten fest, dass die Mahlzeit ein entscheidender Faktor für die Pulverqualität ist; längere Mahlzeiten erzeugen kleinere, gleichmäßigere Partikel. Obwohl die Ausgangsprodukte in ihren Eigenschaften bereits nahe an kommerziell erhältlichen Pulvern lagen, räumte Neils ein, dass der Prozess noch nicht optimiert sei. Darüber hinaus führte die Kontamination durch das Wolframkarbid-Mahlgefäß zu dispergierten Wolframkarbid-Partikeln im Edelstahlpulver, was jedoch einen potenziellen Ansatz zur Herstellung von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen darstellen könnte.
Im Proof-of-Concept für das Kaltgasspritzen erzeugte das gasverdüste Pulver die beste Beschichtungsqualität, aber auch das dreistufig gemahlene Pulver bildete akzeptable Beschichtungen mit guter Partikelverzahnung. Aufgrund des Wolframkarbids nahm die Härte der Verbundbeschichtung zu. Die Studie befindet sich derzeit noch im Labor- oder Forschungsstadium; zukünftige Forschungen werden die Anwendbarkeit des Verfahrens auf weitere Materialien und in größeren Maßstäben untersuchen.
