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Die 3D-Drucktechnologie repliziert den Herstellungsprozess von Damaskus-Stahl

In letzter Zeit ist Damaszener-Stahl laut ausländischen Medienberichten hart und zäh, vor allem weil er aus verschiedenen Legierungsschichten besteht. In der Antike war dies das bevorzugte Material, insbesondere das Klingenmaterial. Nun haben das Max-Planck-Institut in Düsseldorf und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen ein Verfahren entwickelt, mit dem man solchen Stahl schichtweise im 3D-Drucker herstellen kann. Darunter kann die Härte jeder einzelnen Schicht gezielt eingestellt werden.

Berichten zufolge bezog sich das Herstellungsverfahren von Damaskus-Stahl zunächst speziell auf Stahl aus Uzi-Stahl. Es wurde vor mehr als 2000 Jahren aus Indien importiert und in Damaskus hergestellt oder gehandelt. Es hat geschwungene, wellige und helle und dunkle Streifen, die an fließendes Wasser erinnern. Aufgrund der Datierung von Uzi Steel ist echter Damaststahl längst zu einer verlorenen Kunst geworden und wurde von vielen Wissenschaftlern und Handwerkern, die sich dem Reverse Engineering verschrieben haben, mit hohen Erwartungen verbunden.

Die 3D-Drucktechnologie repliziert den Herstellungsprozess von Damaskus-Stahl

Die Grundprinzipien dieser Art von Stahl wurden jedoch von späteren Menschen aufgenommen. Wenn Sie eine moderne Ausstellung während der Renaissance besuchen, finden die Besucher in der Schwertschmiedekabine viele Kopien von unerwarteter Qualität.

Es wird berichtet, dass die Klinge aus Damaststahl hergestellt wird, indem Eisenstangen zusammengebunden und heiß gebacken und dann zusammengedreht werden. Schmiede schlagen es und erhitzen es wiederholt, um komplizierte Wellenmuster zu erzeugen. Diese Art der Verarbeitungstechnologie kann ihre Leistung durch Kontrolle des Kohlenstoffgehalts anpassen. Für den Kern des Schwertes wird beispielsweise ein weicher und zäher Stahl gewählt, der dann mit der geschärften Kante des Schwertes verschweißt wird, die durch ein spezielles Verfahren gehärtet und geschärft wird.

Bemerkenswert ist, dass Forscher in Düsseldorf und Aachen versuchen, den alten Herstellungsprozess von Damaskus-Stahl durch 3D-Druck und Lasertechnologie nachzubilden. Darüber hinaus verwendet diese neue Technologie nicht zwei verschiedene Materialien, um neue Legierungen zu bilden, sondern verwendet nur Legierungspulver aus Eisen, Nickel und Titan, die per Laser geschmolzen und schichtweise eingebracht werden, um die gewünschte Form zu bilden, und dann das überschüssige Pulver entfernen , können Sie das Endprodukt präsentieren.

Auch wenn dieser noch in die Kategorie des 3D-Metalldrucks gehört, liegt der Unterschied der neuen Technologie im Einsatz des Lasers und dessen Veränderung der Kristallstruktur des Metalls zu abwechselnden Schichten aus hartem und duktilem Stahl.

Philipp Kürnsteiner, Postdoktorand am Max-Planck-Institut, sagt: „Wir haben die Mikrostruktur jeder Schicht während des 3D-Druckprozesses erfolgreich modifiziert, damit das fertige Bauteil ohne nachträgliche Anpassungen die erforderliche Leistung hat. Der Stahl ist gehärtet. Unter bestimmten Bedingungen bildet es kleine Nickel-Titan-Mikrostrukturen. Diese sogenannten Ausscheidungen härten das Material aus. Bei mechanischer Beanspruchung verhindern sie die Verschiebung des Kristallgitters, die ebenfalls plastische Verformungseigenschaften hat. Nach dem Hinzufügen jeder Schicht kann das Metall auf unter 195 °C (383 °F) abgekühlt werden, was eine weiche Schicht hinterlässt und einen Stahl bildet, der Festigkeit und Duktilität vereint.“

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Bevor wir diese Frage beantworten, sprechen wir über zwei Wissenspunkte.

Der erste ist, was ist Damaszenerstahl?

In der islamischen Welt ist Damaszenerstahl eine scharfe Waffe im Zeitalter der Kalten Waffen. Man kann sagen, dass die Härte und Flexibilität von Waffen, die aus Damaskus-Stahl geschmiedet wurden, direkt den Ausgang eines Krieges, den Untergang oder die Expansion eines Landes bestimmen kann.

Ein hoher Kohlenstoffgehalt ist der Schlüssel zum Stahlherstellungsprozess. Da ein hoher Kohlenstoffgehalt scharfe Kanten und eine gute Retention erzeugen kann, ist der Kohlenstoffanteil in der gesamten Mischung nahezu unkontrollierbar. Das Produkt mit zu niedrigem Kohlenstoffgehalt ist Schmiedeeisen, das zu weich ist, um in der Waffenherstellung verwendet zu werden; das Produkt mit zu hohem Kohlenstoffgehalt ist Gusseisen, das zu spröde ist.

In der Kreuzzugszeit von 1095-1270 versuchten europäische Schwertmacher ihr Bestes, um mit arabischen Gegenstücken für die Bedürfnisse des Krieges zu kämpfen. Sie probierten verschiedene Verarbeitungstechniken aus. Sie stellten Stahl und Eisen durch Faltverfahren her oder verwendeten Silber und Säure, um es herzustellen. Der Stahl wurde verarbeitet, um die für Damaszenerstahl einzigartige gewellte Struktur zu imitieren, was jedoch nicht erfolgreich war.

Auch Schwerthandwerker aus der ganzen Welt haben dieses Falthandwerk verwendet, wie die Kelten im 6. Jahrhundert v. Chr. (Schottisches Hochland), die Wikinger (Wikinger) im 11. Jahrhundert n. Chr. und die Japaner im 11. Jahrhundert. Beide können nicht das höchste Niveau von Damaszenerstahl erreichen, der sowohl starr als auch flexibel ist und ein wunderschönes Aussehen hat.

Aber das Seltsame ist: Islamische Metallurgen können die inhärente Sprödigkeit von kohlenstoffreichen Materialien kontrollieren und sie zu Waffen für den Kampf schmieden. Doch selbst für seinen Erfinder, den islamischen Messermacher, ging diese Fertigkeit Mitte des 18. Jahrhunderts auf unerklärliche Weise verloren.

Durch den Wegfall des Damaszener-Stahlherstellungsverfahrens interessieren sich die Menschen immer mehr für dieses legendäre Verfahren. Angetrieben durch den kontinuierlichen Fortschritt der modernen Wissenschaft wurde ihr Rätsel Schritt für Schritt gelöst.

Es stellt sich heraus, dass der Damaststahl tatsächlich mit Tri-Eisen (fe3c) infiltriert ist. Da der Durchmesser dieser Partikel sehr klein ist, etwa 6-9 Mikrometer, und sie eng angeordnet sind, entsteht das mysteriöse Muster auf dem Körper des Stahlmessers. Eisencarbid selbst ist sehr hart, sogar höher als die Härte von Stahl. Nach dem Einsetzen in das Messer besitzt die Klinge die Eigenschaften von Steifigkeit und Flexibilität.

Der Kohlenstoffgehalt von Damaskus-Stahl beträgt 1.5%, aber der Kohlenstoffgehalt nach dem Abbau beträgt 3.9 bis 4.7% und die restlichen 0.5% nach der Raffination, aber der Kohlenstoffgehalt scheint keine einfache Erklärung für den Prozess von Damaskus zu sein Stahl. Wir haben den Stahlkörper selbst sorgfältig seziert und festgestellt, dass er 0.003% Vanadium enthält, das wie ein Katalysator wirkt und mehr Eisencarbid produzieren kann.

Woher kommt dieses bisschen Vanadium?

Die geheime Methode ist: Beim Erhitzen des Stahlbarrens zusätzlich zum Eisenblock Holzkohle, Glasscherben und grüne Blätter hinzufügen. Durch das Schmelzen des Glases entsteht eine Schlacke, die die Oxidation des Stahlbarrens verhindert. Die Blätter produzieren Wasserstoff, der die Verkohlung des Eisens beschleunigt und den Kohlenstoffgehalt im Eisen wieder erhöht. Eisenkarbid, das die Herstellung von Mustern erforderlich macht. Nach mehrmaligem Abschrecken und Schmieden, ist das Material Damaszenerstahl im Grunde fertig.

Die zweite ist, den 3D-Druck von Lasermetallmaterialien zu verstehen?

Die 3D-Drucktechnologie für Lasermetallmaterialien wird auch als Laser-Rapid-Prototyping-Technologie bezeichnet. Das bei der Laserherstellung und Herstellung von Festkörpermodellen verwendete Material ist flüssiges lichtempfindliches Harz, das nach Absorption von Energie im ultravioletten Band kondensiert und sich in ein festes Material verwandelt. Das herzustellende Volumenmodell wird in ein Programm kompiliert und in den elektronischen Computer eingegeben. Der Laserstrahlausgang des Lasers wird von einem Computer gesteuert, um das optische Wegsystem zu steuern, so dass es das Modellmaterial scannt und prägt. Dort wo sich der Laserstrahl befindet, wird das ursprüngliche flüssige Material verdichtet.

Der Laserstrahl vervollständigt das Scannen Stempeln unter Anleitung des elektronischen Computers und verfestigt das lichtempfindliche Polymermaterial Schicht für Schicht und stapelt sie genau zu Proben, um ein festes Modell zu erstellen. Daher ist die Verwendung dieser Methode zum Erstellen von Volumenmodellen schnell und die resultierenden Volumenmodelle sind exquisit.

Zurück zu unserem aktuellen Thema: Wie kann man mit der 3D-Druckertechnologie den Herstellungsprozess von Damaszenerstahl nachbilden?

Unter Verwendung von Legierungspulvern aus Eisen, Nickel und Titan, die per Laser aufgeschmolzen und schichtweise eingebracht werden, kann die gewünschte Form hergestellt werden. Laser werden verwendet, um die Kristallstruktur von metallischen Materialien zu verändern, um abwechselnde Schichten aus hartem und duktilem Stahl zu erzeugen. Nach dem Hinzufügen jeder Schicht kann das Metallmaterial auf unter 195 °C (383 °F) abgekühlt werden, was eine weiche Schicht hinterlässt und einen Stahl mit einer Kombination aus Festigkeit und Dehnbarkeit erzeugt. Entfernen Sie dann das überschüssige Pulver, um die Herstellung von Damaststahl abzuschließen.

Um diesen Prozess abzuschließen, sind insgesamt drei Wissenspunkte erforderlich, die wir oben erwähnt haben, Damaszenerstahl, 3D-Druck und Laser. Durch Änderung der Laserenergie, der Geschwindigkeit des 3D-Metallmaterialdruckprozesses und anderer Faktoren können die Eigenschaften des Metalls ziemlich genau gesteuert werden, um die Produktion von Damaststahl abzuschließen.

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