Die Art und Weise, wie Menschen Legierungen herstellen, ist seit der Bronzezeit im Wesentlichen unverändert geblieben: Verschiedene Metalle werden erhitzt, geschmolzen, gemischt und dann abgekühlt, um sie zu formen. Foundation Alloy, ein junges Start-up-Unternehmen aus den USA, versucht, dieses uralte Handwerk mit einem völlig anderen Ansatz auf den Kopf zu stellen: Statt „Metall zu schmelzen“, wird es „Metall zertrümmert“.
Jake Guglin, Mitbegründer und CEO von Foundation Alloy, sagte, das Unternehmen verwende ein Festkörperlegierungsverfahren, bei dem „wir Metallpulverpartikel tatsächlich gegeneinander schlagen, anstatt sie zu schmelzen“. Er behauptete, dass diese Methode neue Materialeigenschaften erzeugen könne, die auf herkömmlichen Schmelzwegen nur schwer zu erreichen seien, und „Dinge herstellen könne, die andere nicht herstellen könnten“. Derzeit beliefert das Unternehmen Kunden hauptsächlich mit kundenspezifischen Metallen in kleinen Mengen, aber Guglin gibt zu, dass die aktuelle Grenze die eigene Produktionskapazität und nicht die Marktnachfrage ist: „Wir werden nicht durch die Käufer eingeschränkt, sondern durch die Menge, die wir herstellen können.“
Den kooperierenden Branchen nach zu urteilen, wünscht sich fast jeder Metalle, die fester, hitzebeständiger oder mit neuen Eigenschaften ausgestattet sind. Guglin gab bekannt, dass Foundation Alloy Pilotprojekte mit Unternehmen aus der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Halbleiter-, Verteidigungs- und anderen Industrien gestartet hat und auch mit Herstellern von High-End-Kochmessern und Luxusuhren an der Entwicklung neuer Materialien arbeitet. Seiner Ansicht nach soll das neue Verfahren diesen Kunden dabei helfen, deutlich Kosten zu sparen und Materialverschwendung zu reduzieren, „was nicht nur viel Geld sparen, sondern auch viel Abfall und CO2-Fußabdruck reduzieren kann.“
Um die Produktionskapazität bis 2027 auf mehrere Tonnen pro Woche zu erhöhen, hat Foundation Alloy kürzlich eine Serie-A-Finanzierung in Höhe von 22 Millionen US-Dollar unter der Leitung von Voyager Ventures abgeschlossen. Zu den teilnehmenden Investoren zählen Trust Ventures, Yamaha Motors, America’s Frontier Fund, Overlap Holdings, Material Impact, Engine Ventures, El Cap und die japanische Kanematsu Corporation in strategischer und Vertriebsrolle. Diese Zusammenarbeit bedeutet auch, dass die Legierungsprodukte von Foundation Alloy künftig über Kanematsu auf dem japanischen und südostasiatischen Markt vertrieben werden.
Die technologische Grundlage von Foundation Alloy ist das Ergebnis der Anhäufung materialwissenschaftlicher Forschung in den letzten 20 Jahren. Einschlägige Forschungen unter der Leitung der Wissenschaftler Tim Rupert und Chris Schuh befassten sich mit der Struktur und dem Verhalten von Metallen im Nanomaßstab, und diese Ergebnisse bildeten die wissenschaftliche Grundlage für die Prozessroute des Unternehmens. Schuh war zuvor Mitbegründer von Desktop Metal und Xtalic und verfügt über umfangreiche Erfahrung in Metallverarbeitungs- und Material-Startups.
Im Gegensatz zu fast allen kommerziellen Legierungsherstellungsverfahren, die auf Hochtemperaturschmelzen basieren, verwendet Foundation Alloy ein spezielles Schleifgerät, um unterschiedliche Metallpulver wiederholt „aneinander zu stoßen und zu schmieden“, bis sie im festen Zustand eine neue Legierungsstruktur bilden. Guglin sagte, dass der Energieverbrauch des Festkörperlegierungsprozesses des Unternehmens nur etwa ein Zehntel des Wertes herkömmlicher Prozesse beträgt, da die Hochtemperatur-Schmelzverbindung vollständig umgangen wird, was den Energieverbrauch und die Produktionskosten voraussichtlich erheblich senken wird.
Das Ziel jedes Legierungsprozesses besteht darin, eine stabile, gleichmäßige Kristallstruktur auf molekularer Ebene zu bilden und dabei zwei oder mehr Metallelemente organisch zu verschmelzen. Idealerweise sollte das Innere einer Legierung möglichst homogen sein – die Kristallstruktur ist im gesamten Material sehr gleichmäßig. Herkömmliche Schmelzmethoden funktionieren an dieser Stelle gut, es ist jedoch schwierig, winzige Hohlräume und diskontinuierliche Strukturen vollständig zu beseitigen. Diese Mängel können die Eigenschaften des Materials schwächen und es bei hohen Temperaturen anfälliger für Sprödigkeit oder Zersetzung machen. Darüber hinaus sind herkömmliche Verfahren oft nicht in der Lage, Metallkombinationen mit großen Unterschieden in den Schmelzpunkten zu verarbeiten, was dazu führt, dass einige Legierungssysteme mit theoretisch hervorragenden Eigenschaften lange Zeit auf der konzeptionellen Ebene verbleiben.
Mit Hilfe der Feststofflegierungstechnologie versucht Foundation Alloy, mehrere „alte Probleme“ im Bereich der Metallwerkstoffe zu lösen. Bei herkömmlichen Anwendungen müssen Ingenieure in der Regel einen Kompromiss zwischen Hitzebeständigkeit und mechanischer Festigkeit eingehen: Metalle, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen verwendet werden, sind oft spröde; Hochfeste Materialien, die unter Hochlastbedingungen wie Stanzen und Schneiden verwendet werden, neigen bei hohen Temperaturen zum Versagen. Guglin sagte, dass das Unternehmen in der Lage sei, neue Legierungen herzustellen, die sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen, „die sowohl hitzebeständig als auch schlagbar sind“, und damit den bisherigen „Entweder-Oder“-Designrahmen durchbrechen.
Auf der spezifischen Implementierungsebene werden die ersten Produkte von Foundation Alloy hauptsächlich in Form- und Werkzeugteilen für Automobilhersteller, Luft- und Raumfahrtunternehmen und Rüstungsunternehmen eingesetzt, mit dem Ziel, die Lebensdauer kritischer Komponenten zu verlängern und Ausfallzeiten und Wartungskosten zu reduzieren. Im Bereich der Landesverteidigung sind Drohnenteile eine frühe Anwendungsrichtung. Guglin wies darauf hin, dass viele bestehende Lieferketten ursprünglich für Kampfplattformen wie die F-35 mit der Idee konzipiert waren, „100 extrem perfekte Teile pro Jahr herzustellen“, während die Drohnenindustrie ein Produktionstempo näher an „10.000 pro Monat“ erfordert, was völlig andere Anforderungen an Materialien, Prozesse und Kostenstrukturen stellt.
Guglin vergleicht den Legierungsprozess mit dem Kochen: „Zwei Köche können genau die gleichen Zutaten verwenden, aber wenn die Schritte unterschiedlich sind und die Hitze unterschiedlich ist, wird der Geschmack des Gerichts völlig anders sein.“ Seiner Ansicht nach spiegelt sich die Innovation von Foundation Alloy nicht nur in der Formel selbst wider, sondern vor allem darin, „wie man es macht“ – „Die Qualität eines Gerichts hängt nicht nur von den Rohstoffen ab, sondern auch von der Kochmethode. Was wir erfunden haben, ist eine neue ‚Art des Kochens‘.“