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24.02.2020

Heraeus druckt Bauteile aus Wolfram

Das Start-up Heraeus Additive Manufacturing bietet für den metallischen 3D-Druck hochleistende Metallpulver, die zugehörigen Druckparameter sowie Beratungs- und Simulationsleistungen an. Zu den neuesten Errungenschaften der Ausgründung gehört der 3D-Druck mit Refraktärmetallen wie Wolfram, Molybdän, Niob und Tantal sowie deren Legierungen.

Refraktärmetalle eigenen sich durch ihren hohen Schmelzpunkt, die niedrige Wärmeausdehnung sowie ihre hohe Festigkeit und Härte für Hochtechnologie-Anwendungen wie die Luft- und Raumfahrt. (Bild: Heraeus)

Refraktärmetallpulver für die additive Fertigung herzustellen ist aufgrund der hohen Schmelzpunkte sehr anspruchsvoll. So besitzt Wolfram mit einem Schmelzpunkt von 3.422 Grad Celsius den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle. In einer speziell entwickelten Hochtemperatur-EIGA-Anlage stellt Heraeus die Refraktärmetallpulver für den 3D-Druck, mit einer verbesserten Fließfähigkeit und hohen Schüttdichte selbst her, wodurch der hohe Reinheitsgrad stets gewährleistet ist. Im Produktporfolio des Unternehmens befinden sich Pulver aus Wolfram, Molybdän, Niob und Tantal sowie deren Legierungen an, die für die additive Fertigung optimiert sind.

Spezialdrucker ist Pflicht

Trotz der Optimierungen kommen sowohl der Drucker und das Wasserkühlungssystem bei der additiven Fertigung eines großen Wolfram Bauteils kommen an ihre Grenzen. Der Grund liegt auf der Hand: Der Prozess erfordert auf der Bauplatte Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius, gleichzeitig müssen die mechanischen und elektronischen Komponenten des Druckers jedoch gekühlt werden, um sie vor Beschädigung zu schützen. Hinzu kommt, dass das Gewicht von zwei gefüllten Pulver-Trichtern Aufgrund der hohen Dichte von Wolfram rund 340 Kilogramm beträgt und so für viele laserbasierte Drucker zu hoch wäre. Heraeus verwendet daher für den Druck einen elektronenstrahlbasierten Drucker.

3D-Druck eines großen Bauteils aus Wolfram

Da beim Arbeiten mit dem Elektronenstrahl Röntgenstrahlung entsteht, muss vor allem beim Druck mit Wolfram auf die Abschirmung geachtet werden. Um sicherzustellen, dass der Austritt der entstehenden Röntgenstrahlung verhindert wird, arbeiten wir eng mit dem Druckerhersteller zusammen und führen verschiedene Tests durch.

Molybdän ähnelt Wolfram sehr, ist aber leichter und durch seine geringere Härte einfacher zu bearbeiten. Der Schmelzpunkt liegt hier bei 2.620 Grad Celsius. Das Refraktärmetall wird bevorzugt zur Herstellung von Flugzeug- und Raketenteilen sowie im Ofenbau verwendet.

Weitere Refraktärmetalle und ihre Vorzüge

Tantal und Niob stechen besonders durch ihre herausragende Oxidations- und Chemikalienbeständigkeit hervor. Aufgrund ihrer guten Biokompatibilität werden sie häufig im medizinischen und optischen Bereich zur Herstellung von Implantaten oder medizinischen Instrumenten eingesetzt. Tantal wird besonders gerne für hochleistungsfähige Kondensatoren in der Mikroelektronik und Niob durch seine hohe Sprungtemperatur für supraleitende Kabel und Magnete gewählt.

Unternehmensinformation

Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG

Heraeusstrasse 12-14
DE 63450 Hanau
Tel.: 06181/35-0

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