Wolfram ist zu einem viel diskutierten Werkstoff in der 3D-Metall-Druckindustrie geworden. In den letzten Jahren wurde intensiv erforscht, wie dieser Werkstoff am besten verwendet werden kann. Ständig gibt es neue Anwendungen von Wolfram in der additiven Fertigung und 2020 gelang schließlich der Durchbruch für den Druck mit Wolfram, da bis dahin Probleme wie Sprödigkeit und Mikrorissbildung während der Produktion auftraten. Im Jahr 2021 wurde ein neues Verfahren für die Herstellung von Wolfram-Legierungen entwickelt: die Wolfram-Nickel-Eisen-Legierung. Selbst in der Fusionsenergie könnte Wolfram einen wichtigen Beitrag zum Energiebedarf der Menschen leisten und extremen Temperaturen und Bedingungen in Fusionsreaktoren standhalten. Wir haben Ihnen alles Wichtige über das Schwermetall zusammengefasst.
Eigenschaften von Wolfram
Der Werkstoff hat seinen Namen aus dem Schwedischen und bedeutet „schwerer Stein“. Tatsächlich ist es das schwerste technische Metall. Wolfram ist ein feuerfestes, weißglänzendes Material mit einer Dichte von 19,25 g/cm3 und wird bereits bei leichten Verunreinigungen spröde. Darüber hinaus besitzt der Werkstoff mit 3.410°C den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle. Der Siedepunkt von Wolfram liegt bei 5.700°C, weshalb es vor allem in Glühbirnen verwendet wird.
Wolfram in seiner reinen Form. (Bild: ©vvoe – stock.adobe.com)
In seiner reinen Form ist Wolfram entweder sehr weich oder spröde und wird fast immer mit anderen Elementen kombiniert, um Legierungen zu bilden, die für ihre Härte bekannt sind. Die bekannteste ist Wolframcarbid, eine Mischung aus Wolfram und Kohlenstoff, die zu einem keramischen Verbundwerkstoff führt. Andere Kombinationen umfassen Hochgeschwindigkeitsstahl, sowie Kobalt, Kupfer, Bronze, Chrom, Eisen oder Nickel. Wolfram ist auch ein Bestandteil der Nickel-Molybdän-Chrom-Superlegierung Hastelloy. Diese Legierungen führen in allen Fällen zu einem extremen harten Material.
Anwendungen und Vorteile
Aufgrund seiner Eigenschaften wie Wärme- und Hitzebeständigkeit wird das Metall vor allem im Bereich der Luft- und Raumfahrt sowie der Verteidigung verwendet. Wolfram ist hier oft in Raketentriebwerksdüsen, Werkzeugen, Turbinenschaufeln für Flugzeuge oder Waffenköpfen auffindbar. Auch in der Medizin ist das Material eine attraktive Option für MRT-Scans, Kolimatoren oder Strahlenschutz, da es über eine Strahlenabschirmungseigenschaft verfügt. Darüber hinaus wird Wolfram in der Automobilbranche, chemischen Industrie und sogar Freizeitanwendungen genutzt. Außerdem befindet es sich in Geräten für die Ionenerzeugung, darunter Kathoden und Anoden.
Wolfram besitzt eine gute Korrosionsbeständigkeit, absorbiert Röntgen- und Gammastrahlen und ist gegenüber den meisten Säuren widerstandsfähig. Zudem ist das Schwermetall biokompatibel. Aufgrund seiner Beständigkeit bei Korrosion und Erosion sowie seiner thermischen Leitfähigkeit werden Wolframlegierungen beim Kokillengussverfahren von Aluminium eingesetzt. Insgesamt ist das Material durch seine Eigenschaften in vielen Einsatzgebieten anwendbar.
Technologien
Zurzeit wird Wolfram mithilfe von zwei Verfahren verarbeitet. Das selektiven Laserschmelzen (SLM) nutzt einen Infrarotlaser, um das Pulver zu schmelzen und Schichten zu verbinden. Anfangs brachte der Druck mit Wolfram aufgrund seines hohen Schmelzpunktes technische Schwierigkeiten mit sich. Diese wurde jedoch durch das Kombinieren von reinem Wolframpulver mit Nickel-Eisen oder Nickel-Kupfer überwunden. Außerdem bietet das Schwermetall beim Aluminiumguss eine gute Alternative zu gesundheitsschädlichem Blei. Das zweite Verfahren ist Binder Jetting. Hierbei entwickelte ExOne in Zusammenarbeit mit einem Materialhersteller einen Kupfer-Wolfram-Verbundwerkstoff, der in Laserstrahlmaschinen verwendet wird. Auch der EBM-Prozess konnte erfolgreich an Wolfram angepasst werden. Der Vorteil des Verfahrens ist, dass das Metall hier vorgewärmt werden kann und damit Verformungen und Eigenspannungen verhindert werden.
Komplexe Teile, die mithilfe der Wolfram-Nickel-Eisen Legierung hergestellt werden können. (Bild: Gesellschaft für Wolfram Industrie GmbH)
Führende Unternehmen auf dem Markt
Es gibt mehrere Unternehmen, die sich mit dem 3D-Druck von Wolfram beschäftigen. Ein führender Anbieter ist das schwedische Unternehmen Höganäs AB, das Wolfram-Titan-Karbid als Mischkarbidadditiv für Schneidwerkzeuge und die Herstellung von gesintertem Karbid auf Wolframbasis nutzt. Auch GE Additive, ein bedeutender Akteur im Bereich des Metall-3D-Drucks, forscht an verschiedenen Materialien, darunter Wolfram. ExOne ist für seine Binder-Jetting-Technologie bekannt und arbeitet ebenfalls mit dem Schwermetall. Weitere Unternehmen wie EOS und Desktop Metal beschäftigen sich mit vielen Projekten rund um das Metall. 3D-Systems hat vor einem Jahr eine Druckparameter-Datenbanklizenz für Wolfram erstellt , das auf dem Metall-3D-Drucker DMP Flex 350 3D gedruckt wird.
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*Titelbildnachweis: ExOne Pressemitteilung