Refraktärmetalle - Pulver für die additive Fertigung

Refraktärmetalle in der additiven Fertigung – Hochleistungsbauteile unter extremen Temperaturbedingungen

Refraktärmetalle

Refraktärmetalle sind besonders widerstandsfähige, extrem hochschmelzende Technologiemetalle. Sie eigenen sich durch ihren hohen Schmelzpunkt, die niedrige Wärmeausdehnung sowie ihre hohe Festigkeit und Härte für Hochtechnologie-Anwendungen wie zum Beispiel Tiegel in der Schmelzmetallurgie oder Komponenten im Ofenbau. Des Weiteren kommen sie in der Leistungselektronik zum Einsatz. Dort werden sie aufgrund ihrer hohen thermischen und elektrischen Leitfähigkeit bevorzugt.

Refraktärmetallpulver

Ihre Eigenschaften führen jedoch auch dazu, dass sich alle Refraktärmetalle nur schwer mechanisch bearbeiten lassen. Die Lösung: der schichtweise Aufbau in der additiven Fertigung.

Refraktärmetallpulver für die additive Fertigung herzustellen ist aufgrund der hohen Temperaturen, die hierfür benötigt werden, sehr anspruchsvoll. Deshalb sind nur wenige Unternehmen dazu in der Lage. Heraeus beschäftigt sich bereits seit den 30er Jahren mit Refraktärmetallen. In einer speziell für uns entwickelten Hochtemperatur-EIGA-Anlage stellen wir Refraktärmetallpulver, mit einer verbesserten Fließfähigkeit und hohen Schüttdichte her, wobei wir gleichzeitig einen hohen Reinheitsgrad für unsere kundenspezifische Anwendung erreichen.

Heraeus bietet Pulver aus Wolfram, Molybdän, Niob und Tantal sowie deren Legierungen an, die für die additive Fertigung mit Refraktärmetallen optimiert sind.

Wolfram ist durch seine unübertroffene Hitzebeständigkeit das bekannteste Refraktärmetall – mit einem Schmelzpunkt von 3422°C besitzt Wolfram den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle. Verwendung findet Wolfram insbesondere in den Bereichen der Leuchtmittelindustrie, in elektrischen Hochspannungsleitungen und aufgrund seiner hohen Dichte (19,3g/cm3) zur Strahlungsabschirmung und als Ausgleichsgewicht in medizinischen Mess- und Röntgengeräten.

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

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.

Bei uns finden die Herstellung und Verarbeitung der Pulver sowie der 3D-Druck statt, sprechen Sie uns für eine Zusammenarbeit gerne an.

Bei der additiven Fertigung eines großen Wolfram Bauteils (295 mm Bauhöhe) kommen sowohl unser Drucker und das Wasserkühlungssystem an ihre Grenzen. Während auf der Bauplatte Temperaturen von über >1000 °C gehalten werden müssen, müssen gleichzeitig die mechanischen und elektronischen Komponenten des Druckers herunter gekühlt werden.

Aufgrund der hohen Dichte von Wolfram beträgt das Gewicht von zwei gefüllten Pulver-Trichtern des Druckers ca. 340 Kilogramm. Dieses Gewicht ist für viele laserbasierte Drucker zu hoch. Deshalb hat Heraeus für den Druck dieses Bauteils einen elektronenstrahlbasierten Drucker verwendet.

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.