Superlegierung der NASA: Ein Durchbruch in der 3D-Drucktechnologie

Von Brian Newbacher, Glenn Research Center der NASA, 24. April 2023

Die NASA und die Ohio State University haben eine neue Superlegierung entwickelt, die im Vergleich zu den hochmodernen 3D-gedruckten Superlegierungen doppelt so fest, mehr als 1.000 Mal haltbarer und doppelt so beständig gegen Oxidation ist. Der Durchbruch könnte zu stärkeren und haltbareren Teilen für Flugzeuge und Raumfahrzeuge führen, da die Hochtemperaturlegierung aufgrund ihrer Fähigkeit, härteren Belastungen standzuhalten, ein hervorragender Kandidat für den Bau von Luft- und Raumfahrtteilen für Hochtemperaturanwendungen ist, beispielsweise in Flugzeugen und Raketentriebwerken Bedingungen, bevor es seinen Bruchpunkt erreicht. Bildnachweis: NASA/Jordan Salkin

NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">NASA has developed a new superalloy called GRX-810, which is twice as strong and more than 1,000 times more durable than the state-of-the-art 3D printed superalloys. The high-temperature alloyA mixture of two metallic elements typically used to give greater strength or higher resistance to corrosion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Legierung könnte verwendet werden, um stärkere und langlebigere Teile für Flugzeuge und Raumfahrzeuge zu bauen.

Die NASA hat einen Durchbruch bei 3D-druckbaren Hochtemperaturmaterialien demonstriert, der zu stärkeren und langlebigeren Teilen für Flugzeuge und Raumfahrzeuge führen könnte.

Ein Team von Innovatoren der NASA und der Ohio State University erläuterte die Eigenschaften der neuen Legierung GRX-810 in einem von Experten begutachteten Artikel, der in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.

„Diese Superlegierung hat das Potenzial, die Festigkeit und Zähigkeit von Komponenten und Teilen, die in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, dramatisch zu verbessern“, sagte Dr. Tim Smith vom Glenn Research Center der NASA in Cleveland, Hauptautor des Nature-Artikels. Smith und sein Glenn-Kollege Christopher Kantzos erfanden GRX-810.

Smith und sein Team nutzten zeitsparende Computermodelle sowie einen Laser-3D-Druckprozess, bei dem Metalle Schicht für Schicht miteinander verschmolzen, um die neue Legierung zu erzeugen. Sie nutzten dieses Verfahren, um das oben abgebildete NASA-Logo zu erstellen.

Diese Turbinentriebwerksbrennkammer (Brennstoff-Luft-Mischer) wurde bei NASA Glenn in 3D gedruckt und ist ein Beispiel für eine anspruchsvolle Komponente, die von der Verwendung der neuen GRX-810-Legierungen profitieren kann. Bildnachweis: NASA

GRX-810 ist eine durch Oxiddispersion verstärkte Legierung. Mit anderen Worten: Winzige Partikel mit Sauerstoffatomen, die über die gesamte Legierung verteilt sind, erhöhen deren Festigkeit. Solche Legierungen eignen sich hervorragend für den Bau von Teilen für Hochtemperaturanwendungen in der Luft- und Raumfahrt, beispielsweise im Inneren von Flugzeugen und Raketentriebwerken, da sie härteren Bedingungen standhalten können, bevor sie ihre Bruchgrenze erreichen.

Current state-of-the-art 3D printed superalloys can withstand temperatures up to 2,000 degrees FahrenheitThe Fahrenheit scale is a temperature scale, named after the German physicist Daniel Gabriel Fahrenheit and based on one he proposed in 1724. In the Fahrenheit temperature scale, the freezing point of water freezes is 32 °F and water boils at 212 °F, a 180 °F separation, as defined at sea level and standard atmospheric pressure. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Fahrenheit. Im Vergleich dazu ist GRX-810 doppelt so stark, über 1.000 Mal haltbarer und doppelt so beständig gegen Oxidation.

„Diese neue Legierung ist eine große Errungenschaft“, sagte Dale Hopkins, stellvertretender Projektmanager des NASA-Projekts „Transformational Tools and Technologies“. „In naher Zukunft könnte es durchaus eines der erfolgreichsten Technologiepatente sein, die NASA Glenn jemals hervorgebracht hat.“

Ein Team aus Mitarbeitern von Glenn, dem Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley, dem Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, und der Ohio State University war Co-Autor des Nature-Artikels.

GRX-810 wurde im Rahmen des Transformational Tools and Technologies-Projekts der NASA mit Unterstützung des Game Changing Development Program der Agentur entwickelt.

Referenz: „Eine 3D-druckbare Legierung für extreme Umgebungen“ von Timothy M. Smith, Christopher A. Kantzos, Nikolai A. Zarkevich, Bryan J. Harder, Milan Heczko, Paul R. Gradl, Aaron C. Thompson, Michael J. Mills , Timothy P. Gabb und John W. Lawson, 19. April 2023, Nature.DOI: 10.1038/s41586-023-05893-0