Sprengprägung von Strukturen in Metall

Sprengprägung
Sprengprägung

Wer an Sprengstoff denkt, assoziiert hier meistens seine üblich bekannten zerstörerische Auswirkungen. Dieser Blog-Beitrag soll zeigen, dass sich mittels Sprengstoff jedoch Strukturen selbst von weichen Objekten, wie z. B. Laubblättern, in einer überraschend hohen Detailtreue in Stahloberflächen übertragen lassen. Bei der Explosion des Sprengstoffs werden dabei sogar die nur wenigen hundertstel Millimeter feinen Leitbündel (Faszikel) des Blattes, welche für den Transport u. a. von Wasser verantwortlich sind, dauerhaft in der Stahloberfläche verewigt. Mit diesem Verfahren lassen sich Stahloberflächen schnell und mit höchstem Präzisionsgrad strukturieren (zum Vergrößern bitte auf jeweiliges Bild klicken).

Detailansicht der Sprengprägung eines Laubblatts
Detailansicht der Sprengprägung eines Laubblatts

Gute Ergebnisse nur mit hochbrisantem Sprengstoff

Gute Ergebnisse, d. h. die Übertragung auch filigraner Strukturen mit hoher Detailierung, werden nur mit hochbrisanten Sprengstoffen, die mit einer Geschwindigkeit von ca. 7 000 bis 8 000 Metern pro Sekunde detonieren, erreicht. Hierzu zählen Explosivstoffe, wie z. B. Hexogen, Nitropenta, RDX, usw. und Gemische dieser, welche als plastische Sprengstoffe bzw. im Volksmund als Plastiksprengstoff bekannt sind. Der Sprengstoffhändler des Vertrauens führt diese z. B. unter der Handelsbezeichnung C4 ("Composition 4").

 

Bei der Herstellung der "Prägung" wird das zu strukturierende Objekt direkt auf die Oberfläche des Werkstückes gelegt und anschließend durch den starken Impuls des explodierenden Sprengstoffs "übertragen". Die Positionierung des Blattes spielt dabei für das Ergebnis eine Rolle; nur wen die Blattrückseite (Faszikeln) auf die Metalloberfläche gelegt wird, werden die Fazikelstrukturen präzise abgebildet.

 

Die Stoßwelle der Explosion führt zu einer zusätzlichen Härtung des Werkstücks. Wichtig hierbei sind die Homogenität und die Dosierung des Sprengstoffs, welcher bei seiner Explosion im Bruchteil einer Sekunde einen über das Werkstück gleichmäßig verteilten Detonationsdruck von rund 200 000 Bar (entsprechend einem Gewicht von rund 200 Tonnen pro Quadratzentimeter) über das Werkstück freisetzt.

Sprengung führt zu keiner Prägung im eigentlichen Sinne

Das zu übertragene Material wird jedoch nicht ins Werkstück "geprägt"; stattdessen "stört" das zu strukturierende Objekt die Explosionsfront entsprechend seiner Materialstärke. Damit bilden sich Erhabungen in der Metalloberfläche aus.

 

Im nebenstehenden Beispiel eines 1-Cent-Stücks ist dies zu erahnen - während durch die Explosion der Sprengfolie das umliegende Material komprimiert wird, bleibt es an Stellen, bei denen das Geldstück aufliegt, in erhöhter Form bestehen. Das zu übertragende Objekt wird bei der Sprengung pulverisiert.

 

Die Zerstörung von Münzen und Geldscheinen in Deutschland ist übrigens nicht verboten. Dies gilt aber nicht für das Ausland. So ist es etwa in den USA untersagt, Dollar-Scheine oder Münzen zu vernichten. Wer es dennoch tut, muss mit einer Geld- oder sogar mit einer Haftstrafe rechnen. Oder in Thailand: hier ist nicht nur die Zerstörung des Geldes verboten: Wer versehentlich oder absichtlich auf einen Geldschein mit Abbildung des Königs Bhumibol Rama IX tritt, muss bereits mit einer Gefängnisstrafe rechnen. Wegen Majestätsbeleidigung.

Sprengprägung einer Cent-Münze in Edelstahl
Sprengprägung einer Cent-Münze in Edelstahl
Abbildung links mittels Photoshop gespiegelt
Abbildung links mittels Photoshop gespiegelt

Lichteinfall und Art lassen Sprengprägung unterschiedlich erscheinen

Die entstehenden filigranen Strukturen abgebildeter Objekte erscheinen je nach Lichteinfall unterschiedlich; das Ändern des Winkels oder die Art der Beleuchtung lässt das Werkstück im "anderen Licht" erscheinen. Das folgende linke Bild zeigt die Metallplatte bei Sonnenlicht auf einem Autodach, rechts bei Neonlicht.

Sprengprägung im Sonnenlicht
Sprengprägung im Sonnenlicht
Selbe Sprengprägung wie links, jedoch bei Kunstlicht
Selbe Sprengprägung wie links, jedoch bei Kunstlicht

Selbst die Abbildung nanometergroßer Strukturen ist durch Sprengprägen möglich

Prägung einer Stoffstruktur in Stahl (Foto: Davide Calo)
Prägung einer Stoffstruktur in Stahl (Foto: Davide Calo)

Die erhaltene Auflösung, mit der man Strukturen übertragen kann, reicht bis in den zweistelligen Nanometerbereich. Damit lassen sich sogar menschliche Haare, die Struktur von Holz, Laubblätter und Textilien (siehe Bild links) in Stahl übertragen.

 

Diese Granularität kann sogar soweit ausgenutzt werden, Hologramme in Stahl zu übertragen, wie es beispielsweise das Fraunhofer Institut für Chemische Technologie in Berghausen gemacht hat. Hierbei wurde ein sogenannter Nickelshim als Vorlage erstellt und in das Werkstück gesprengt. Dieser kann dann z. B. als Spritzgussform eingesetzt werden, um das Hologramm in Kunststoff zu übertragen und dieses vor Fälschungen zu sichern. Im Gegensatz zum weichen Nickelshim verschleißt die erhaltene Stahlvorlage weniger schnell, die durch die Explosion zusätzlich gehärtet wurde.

 

Aber auch den gestalterischen Ideen sind fast keine Grenzen gesetzt. Vom sprenggeprägten Portrait, die Übertragung des Firmenlogos in Metall, das Erstellen von Kunstobjekten bis hin zur fälschungssicheren Kennzeichnung von Produkten: ... alles kein Problem!

 

Nicht jedes Material ist als Werkstück geeignet

Als Werkstücke eignen sich vorwiegend härtere Materialien, wie beispielsweise (Edel-)Stahl, Messing oder Kupfer.

 

Aluminium dagegen ist zu weich, so dass übertragene Strukturen nur unscharf ausgebildet werden, wie das nebenstehende Beispiel auf eine Aluminiumscheibe geprägter Münzen zeigt (rechts im Bild das Orginalwerkstück).

 

Hier sind die Strukturen der Münzen kaum erkennbar und das Werkstück wird am Rand aufgerissen. 

Nächste Schritte: Veredelung

Als nächstes Experiment steht die Veredelung der erhaltenen Sprengobjekte an z. B. durch Elektropolieren oder Hochglanzverchromen (wer kann hier helfen?). Es bleibt spannend!

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