ExOne lizenziert neues Binder-Jetting-Verfahren von ORNL für den 3D-Druck von Metall

Jan 12, 2024

Der Binder-Jetting-3D-Druckerhersteller ExOne hat vom Oak Ridge National Laboratory (ORNL) eine neue Druckmethode lizenziert, die es ihm ermöglicht, verbesserte, leichte Metallkeramikteile herzustellen.

Das zum Patent angemeldete Verfahren von ORNL, das das Unternehmen 18 Monate lang entwickelt hat, ermöglicht es ihm, mit ExOne-Maschinen aluminiuminfiltrierte Borcarbid-Komponenten herzustellen. Aufbauend auf einer bestehenden Forschungs- und Entwicklungslizenz zwischen den Unternehmen ermöglicht der jüngste Deal ExOne nun die kommerzielle Nutzung der Technologie durch den 3D-Druck wissenschaftlicher Forschungsteile und deren Bereitstellung für seine Kunden.

Der Binder-Jetting-Prozess von ExOne

ExOne ist auf die Herstellung von Binder-Jetting-Maschinen spezialisiert und seit der Lizenzierung der Technologie im Jahr 1996 in viele seiner Systeme integriert. Das aktuelle Portfolio des Unternehmens reicht vom Einstiegsmodell InnoventPro bis zum hochvolumigen X1 160PRO, und auch hier verfügt jedes über eine Variation seines proprietären Prozesses.

Im Wesentlichen besteht die Technologie von ExOne darin, ein Bindemittel auf ein Bett aus Metall, Sand oder Keramik zu spritzen, um Formen zu erzeugen, die dann gesintert werden, um die Partikel zu einem endgültigen Teil zu verschmelzen. In der Vergangenheit nutzte das Unternehmen seinen Prozess, um die Bedürfnisse militärischer Kunden wie der US-Luftwaffe zu erfüllen, doch in letzter Zeit versucht es, auf den Fähigkeiten seiner Technologie aufzubauen.

Beispielsweise stellte ExOne letztes Jahr 2,8 Millionen US-Dollar an Universitäten zur Verfügung, um bekannte Probleme beim Binder Jetting zu lösen, während andere Kooperationen 21 neue qualifizierte Materialien hervorbrachten. Nun hat auch ein laufendes Projekt mit ORNL Früchte getragen, da es dem dortigen Team gelungen ist, eine Methode des Binder-Jetting zu entwickeln, bei der Materialien während der Bearbeitung in ein Teil infiltriert werden können.

Der zum Patent angemeldete Ansatz von ORNL

Seit fast sechs Jahren arbeitet ORNL eng mit ExOne zusammen, um die Parameter seiner Systeme zu optimieren und ihnen die Verarbeitung neuer Materialien wie H13-Werkzeugstahl zu ermöglichen. In einem solchen Projekt, das im Juli 2019 begann, hat ein ORNL-geführtes Team nun ein neuartiges Verfahren entwickelt, das die Absorption von Borcarbid in Aluminiumlegierungen ermöglicht.

Die resultierenden Materialien, sogenannte Metallmatrix-Verbundwerkstoffe oder „Cermets“, behalten nicht nur die Festigkeit ihrer Wirtslegierungen, sondern sind auch leichter und verfügen über neutronenabsorbierende Eigenschaften. Diese Eigenschaften machen die Verbundwerkstoffe besonders nützlich für die Herstellung von Neutronenstreuinstrumenten, die es Wissenschaftlern effektiv ermöglichen, Daten auf atomarer Ebene zu erfassen.

ExOne erkannte das Potenzial des Verfahrens und lizenzierte es zunächst für Forschungs- und Entwicklungszwecke im Jahr 2019. Nach der letzten Vereinbarung wurde diese erweitert, um auch die kommerzielle Nutzung zu ermöglichen. Die erneuerte Lizenz umfasst das US-Patent Nr. 16/155.134 und die Herstellung von „Kollimatoren und anderen Komponenten aus neutronenabsorbierenden Materialien mittels additiver Fertigung“ sowie zwei weitere vorläufige Anmeldungen.

Nach der Vereinbarung beabsichtigt ExOne, weiterhin mit ORNL zusammenzuarbeiten, um verschiedene Matrix-Verbundkomponenten für den Einsatz in seinen Neutronenexperimenten herzustellen. Nach der kommerziellen Lizenzierung des neuartigen Binder-Jetting-Verfahrens ist ExOne bereit, es auch seinen Kunden anzubieten und ihnen damit eine neue Möglichkeit zur Herstellung leichter, energieabsorbierender Metallkeramikteile zu bieten.

Das Potenzial von Keramik nutzen

Obwohl die Energieabsorptionseigenschaften von Keramiken bekannt sind, sind sie aufgrund ihrer inhärenten Zerbrechlichkeit und komplexen Sinteranforderungen häufig schwer zu verarbeiten und anfällig für Risse.

Allerdings haben Unternehmen wie HRL Laboratories kürzlich neue Techniken entwickelt, um diese Nachteile zu umgehen, und 3D-gedruckte bruchsichere Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe (CMCs). Diese glasähnlichen Materialien zeichnen sich durch eine längere Haltbarkeit aus und ermöglichen möglicherweise den Einsatz in Energieerzeugungsanwendungen.

In ähnlicher Weise hat ein Team des Fraunhofer IKTS ein Multi Material Jetting-System entwickelt, bei dem sowohl Keramik- als auch Metallmaterialien in ein einziges Teil integriert werden können. Das neue Verfahren der Wissenschaftler hat eine Reihe hitzebeständiger Komponenten hervorgebracht, darunter ein Satellitentriebwerk mit keramikverstärkten Elementen.

Darüber hinaus werden Keramiken im Hinblick auf Endanwendungen häufig in der Zahnmedizin eingesetzt, und im vergangenen Jahr hat Syqe Medical zu diesem Zweck ein XJet-System installiert. Mithilfe der patentierten, auf Tintenstrahltechnologie basierenden NanoParticle Jetting (NPJ)-Technologie von XJet konnte das Unternehmen Produkte herstellen, die robuster und elektrisch isolierter sind als zuvor.

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Das abgebildete Bild zeigt ein Keramikteil, das mit einem der herkömmlichen Binder-Jetting-Systeme von ExOne 3D-gedruckt wurde. Foto über ExOne.

Paul hat einen Abschluss in Geschichte und Journalismus und hat eine Leidenschaft dafür, die neuesten Nachrichten aus dem Technologiebereich zu finden.