3D-Druck mit Wolfram und Wolframcarbid

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Wolfram, ist ein seltenes Metall, das für seinen höchsten Schmelzpunkt aller Elemente bekannt ist. Wolfram ist in der Öffentlichkeit meistens als das in Glühbirnen verwendete Filament bekannt, aber es hat viele andere weniger bekannte industrielle und medizinische Anwendungen, wenn es als Verbundwerkstoff oder in seiner reinen Form angewendet wird.

Der Name leitet sich vom schwedischen Wort für das Metall ab, das „schwerer Stein“ bedeutet. In seiner reinen Form ist das Material sehr weich und wird fast immer mit anderen Elementen zu einem Verbund kombiniert, um die Härte zu erreichen, für die Wolframlegierungen bekannt sind.

Wolframcarbid ist das bekannteste dieser Verbundwerkstoffe. Es ist eine Kombination aus Wolfram und Kohlenstoff. Das Ergebnis ist ein Keramikverbund.

Andere Kombinationen umfassen Stahl, bekannt als Schnellarbeitsstahl, Kobalt, Kupfer, Bronze, Chrom, Eisen oder Nickel. Wolfram ist auch Teil einer Nickel-Molybdän-Chrom-Superlegierung, die als Hastelloy bekannt ist. In allen Fällen führt der Verbund zu einem außergewöhnlich harten Metall.

Reines Wolfram hat nicht die Härte eines Verbundwerkstoffs, aber seine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Strahlenabschirmungseigenschaften sind im nuklearen und medizinischen Bereich nützlich.

Wofür wird Wolfram und Wolframcarbid verwendet?

Wie im einleitenden Abschnitt erwähnt, hat Wolfram eine hohe Schmelztemperatur. Es hat mit 3.422 ° C die höchste Schmelztemperatur aller Metalle. Dies in Kombination mit der Härte macht es zu einem interessanten Material für Anwendungen, die Härte und Wärmebeständigkeit benötigen. Wolfram-Verbundwerkstoffe werden in Branchen von Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Nuklearindustrie, Verteidigung, Medizintechnik bis hin zu Freizeit eingesetzt.

Beispiele für Anwendungen sind: Raketentriebwerksdüsen, Waffenköpfe (zum Eindringen in harte Oberflächen), Turbinenschaufeln für Flugzeuge (hitzebeständig) und kleinere Werkzeuge wie Sägeblätter, Bohrer, Lager, Kolben und Schweißgeräte.

Die medizinische Industrie verwendet reines Wolfram für MRT-Scans, Kollimatoren und Strahlenschutz.

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Wolfram

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3D-Druck mit Wolfram

Die Härte von Wolframcarbid und anderen derartigen Verbundwerkstoffen hat auch ihren Nachteil. Aufgrund seiner Härte ist es schwierig, Modelle mit traditionellen Fertigungstechniken wie CNC und Werkzeugen herzustellen. Die additive Fertigung könnte sich naturgemäß als Lösung für dieses Problem erweisen.
Die additive Fertigung bietet auch die Möglichkeit, komplexe Teile ohne Werkzeug herzustellen. Wolfram-Verbundmodelle können mit AM kostengünstiger und schneller hergestellt werden.

Teile von AM können sehr detailliert und dünn sein. Es können Details von nur 100 μm mit einer Positionsgenauigkeit von bis zu 25 μm erzielt werden.

Derzeit sind zwei AM-Technologien für reines Wolfram und Wolfram-Verbundwerkstoffe verfügbar:

Selektives Laserschmelzen

Selektives Laserschmelzen (SLM) oder direktes Metalllasersintern (DMLS) ist ein additives Herstellungsverfahren, bei dem ein Laser Metallpulver schmilzt und zu dreidimensionalen Objekten verschmilzt. Anfangs stellte der hohe Schmelzpunkt einige technische Hürden dar, um das Material auf den 3D-Druck anzuwenden, aber diese wurden überwunden.

Reines Wolframpulver wird mit Nickel-Kupfer oder Nickel-Eisen gebunden

Binderstrahlen

Der führende Hersteller von 3D-Metalldruckmaschinen ExOne arbeitet mit einem Materialhersteller an der Entwicklung eines Kupfer-Wolfram-Verbundwerkstoffs, der in ExOnes Bindemittelstrahlmaschinen verwendet werden kann.

Der Verbundstoff weist eine hohe Wärmebeständigkeit, eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und eine geringe Wärmeausdehnung auf. Binder Jetting hat gegenüber SLM den Vorteil, dass es wirtschaftlicher ist. Derzeit sind verschiedene Pulver in verschiedenen Qualifikationsstufen erhältlich. Zum Binden von Bindemitteln ist auch eine Bronze-Wolfram-Legierung erhältlich.

Eigenschaften von Wolfram:

  • Hoher Schmelzpunkt, Schmelzen bei 3422 ° C, höher als der von Platin.
  • Hohe Dichte (19,25 g / cm3), vergleichbar mit Gold
  • Es hat die höchste Zugfestigkeit bei Temperaturen über 1650 ° C.
  • Hervorragende Korrosionsbeständigkeit
  • Hervorragende Absorption / Abschirmung von Röntgen- und Gammastrahlen
  • Beständigkeit gegen die meisten Säuren
  • Biokompatibel / ungiftig
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