Wie additive Fertigung „unmögliche“ Materialien möglich macht

Die NASA schrieb 2014 Luftfahrtgeschichte mit dem ersten und zweiten erfolgreichen Flug eines Scramjet-angetriebenen Flugzeugs mit Hyperschallgeschwindigkeit – Mach 5, also der fünffachen Schallgeschwindigkeit. NASA

Ich habe vor ein paar Tagen mit einem AM-Unternehmer gesprochen. Ich werde ihn Bob nennen. Der Typ war nicht nur ein kluger Kopf, es hat auch Spaß gemacht, mit ihm zu reden. Jemand, der viel lachte und sichtlich Spaß daran hatte, was er tat.

Bobs Arbeit? Unmögliche Teile aus ebenso unmöglichen Materialien konstruieren. Eine kleine Recherche ergab, dass er nicht der Einzige ist, der den „unmöglichen“ Weg beschreitet. Und wegen ihm und seinen Reisegefährten, AM und unmöglichen Materialien wird die Welt in ein oder zwei Jahrzehnten ein ganz anderer Ort sein.

Die Materialien werden Refraktärmetalle genannt. Elementare Stoffe wie Wolfram, Molybdän und Niob. Metalle, die so stark, zäh und hitzebeständig sind, dass sie nahezu unmöglich zu bearbeiten sind. Sie auszudrucken scheint jedoch keine große Sache zu sein.

Ich weiß aus eigener Erfahrung, wie schlecht das Schneiden dieser Materialien ist, denn damals wurde jedes Stück Nickelbasislegierung, gehärteter Stahl oder feuerfestes Metall, das durch die Tür kam, sofort zu meiner Maschine gerollt. (Ich glaube nicht, dass mein Chef mich mochte.)

Eines davon war Tantal. Es hat einen Schmelzpunkt von 3.017 °C (5.463 °F), mehr als doppelt so hoch wie der von Inconel X750, einem Favoriten der Gasturbinenmotorenindustrie. Das wusste ich damals noch nicht. Was ich wusste, ist, dass wir bei der Arbeit den Hintern verloren haben, weil ich bei jedem Teil ein halbes Dutzend Einlagen durchgegangen bin.

Bob hingegen kann offenbar relativ einfach Turbinenteile aus solchen feuerfesten Materialien in 3D drucken. Tatsächlich hat er mir einige davon gezeigt. Sie sind schön.

Warum ist das wichtig? Ich bin kein Gasturbineningenieur, aber ich verstehe, dass die Effizienz umso höher ist, je heißer man eine Gasturbine betreiben kann. Aus diesem Grund investieren Hersteller so viel Zeit und Geld in das Schneiden von Kühlkanälen in Turbinenschaufeln. Dadurch können sie sich schneller drehen und höhere Temperaturen erreichen, ohne zu schmelzen. (Schlimme Dinge passieren, wenn Turbinenschaufeln schmelzen.) Aber mit AM ist die Herstellung all dieser Kühlkanäle ein Kinderspiel, ebenso wie Geometrien, die sich Leute wie Bob noch nicht ausgedacht haben.

Bob hat einen Vertrag mit der NASA. Sie arbeiten am nächsten Scramjet. Im Erfolgsfall verspricht es Geschwindigkeiten von Mach 15, also 11.509 Meilen pro Stunde. Stellen Sie sich vor, Sie fliegen in 12 Minuten von New York nach Los Angeles. Für ein Bier blieb kaum Zeit, geschweige denn für ein Sandwich.

Noch wichtiger ist, dass die Erreichung der Erdumlaufbahn erheblich billiger werden würde, was die kostengünstige Raumfahrt viel näher an die Realität bringen würde. Und das ist nur eine der vielen Anwendungen für Refraktärmetalle.

Wie gesagt, dank des 3D-Drucks könnte die Welt bald ein ganz anderer Ort sein.