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Gedächtnislegierungen
NiTi ist ein vielseitiger Werkstoff mit inhärenten Eigenschaften wie Biokompatibilität, Formerholung und Superelastizität. Die Anwendung von NiTi-Komponenten in technischen Systemen wird jedoch durch die Verfügbarkeit geeigneter Geometrien eingeschränkt. Die meisten handelsüblichen Geometrien sind einfach und in ihrer Formfreiheit eingeschränkt, wie z. B. Drähte, Stäbe und Federn. Mit dem Pulverbettschmelzen für Metalle (PBF-LB/M) steht ein Fertigungsverfahren zur Verfügung, mit dem komplex geformte und hochgradig kundenspezifische Geometrien hergestellt werden können. Die Möglichkeiten des PBF-LB/M in Verbindung mit den einzigartigen Eigenschaften von NiTi können zu neuen Entwicklungen in den Bereichen Biomedizin, Luft- und Raumfahrt oder Robotik führen.
Fig. 1: one-way shape memory effect (OWSME)
Die durchgeführte Forschung zielt darauf ab, die Auswirkungen der Verarbeitung von NiTi mit PBF-LB/M auf die funktionellen und mechanischen Eigenschaften über einen weiten Bereich von Verarbeitungsparametern im Vergleich zu konventionell hergestelltem NiTi zu verstehen. Das Ausgangsmaterial Pulver ist entscheidend und beeinflusst die Eigenschaften der verarbeiteten Teile. Allerdings verhält sich das Pulver deutlich anders als die gleiche Zusammensetzung von herkömmlichem NiTi. Darüber hinaus ist die Ni-Verdampfung durch Variation der Prozessparameter, wie z. B. Laserleistung und Scangeschwindigkeit, der entscheidende Faktor für die mechanische und funktionelle Charakterisierung. Das Aufdampfen von Ni wiederum bietet einzigartige Möglichkeiten, die funktionellen Eigenschaften, insbesondere das für die Formerholung verantwortliche Umwandlungsverhalten, so zu gestalten, dass thermisch abgestufte monolithische und komplex geformte Strukturen hergestellt werden können, was mit konventioneller Fertigung nicht möglich ist. Dies ist insbesondere für Aktuatoranwendungen interessant, da mit der entwickelten Technik eine sequenzielle räumliche Betätigung realisiert werden kann.
Abb. 2: two-way shape memory effect (TWSME)
Außerdem untersuchen wir ausführlich den Zwei-Wege-Formgedächtniseffekt (TWSME) und seine Verwendung in potenziellen neuen Anwendungen. Im Gegensatz zum einseitigen Formgedächtniseffekt (OWSME) kann die Rückstellspannung sowohl während des Erhitzens als auch während des Abkühlens erhalten werden, was eine leichte Betätigung für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder Mikromechanik ermöglicht.