Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Herstellung und Leistungssteigerung metallischer Gitterstrukturen durch additive Fertigung

Lai-Chang Zhang

Gitterstrukturen (periodische Zellmaterialien) sind ein Architekturtyp, der aus einer Anordnung räumlich periodischer Elementarzellen mit Kanten und Flächen besteht. Obwohl Gitterstrukturen eine Reihe hervorragender Eigenschaften aufweisen, wie z. B. einen niedrigen Elastizitätsmodul, eine hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit, eine große Oberfläche, eine große Anzahl innerer Poren und ein relativ niedriges Spannungsniveau, sind die Herstellung mit herkömmlichen Technologien und die Optimierung der Eigenschaften von Gitterstrukturen aufgrund mangelnder Kontrolle über die morphologischen Eigenschaften des Porennetzwerks begrenzt. Die jüngsten Fortschritte bei Technologien zur additiven Fertigung von Metallen (AM) haben die Design- und Herstellungsmöglichkeiten für Gitterstrukturen erweitert, was Gitterstrukturen vielversprechende Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen bietet. Diese Arbeit präsentiert die jüngsten Fortschritte bei der additiven Fertigung und der verbesserten mechanischen und katalytischen Leistung von Gitterstrukturen. Die durch selektives Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM) hergestellten biomedizinischen Titangitterstrukturen vom Beta-Typ als potenzielle lasttragende Implantate weisen hervorragende mechanische Eigenschaften in Form von hoher Superelastizität, niedrigem Elastizitätsmodul und hoher Druckfestigkeit, hoher Energieabsorption und Ermüdungseigenschaften auf. Darüber hinaus weist das durch SLM hergestellte poröse, auf Fe basierende metallische Glasverbundmaterial eine bessere katalytische Gesamtfähigkeit mit hoher Reaktionsgeschwindigkeitskonstante und niedriger Aktivierungsenergie als andere Katalysatoren auf. Die berichtete Wiederverwendbarkeit und die allgemeine katalytische Gesamtfähigkeit des durch SLM hergestellten porösen, auf Fe basierenden metallischen Glasmatrixverbundmaterials versprechen die Entwicklung einer neuen Katalysatorgeneration, die sich der praktischen Anwendung und einem hohen wirtschaftlichen Wert nähert.