Wolfram verfügt über Eigenschaften, die es als Werkstoff besonders attraktiv machen: Das Metall ist sehr korrosionsbeständig, schwer wie Gold, als Wolframkarbid hart wie Diamant, und es besitzt mit 3422 °C den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle. Allerdings ist das Metall bei Raumtemperatur sehr spröde. Aufgrund seiner Eigenschaften lässt sich Wolfram mit konventionellen Methoden nur schwer bearbeiten. Entsprechende Fertigungsprozesse sind kostspielig und zeitintensiv. Eine Alternative bietet der 3D-Druck, mit dem sich Bauteile so herstellen lassen, dass sie kaum noch nachbearbeitet werden müssen.

„Aktuell arbeiten wir an der additiven Fertigung von Bauteilen aus Wolfram mit dem Electron Beam Melting, kurz EBM, auch Elektronenstrahlschmelzen genannt“, berichtet Dr. Steffen Antusch vom Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK) des KIT. Das Forschungsteam konnte den EBM-Prozess erfolgreich für Wolfram anpassen. Die eigens entwickelten Prozessparameter erlauben nun den 3D-Druck von Bauteilen aus Wolfram. „Die Einsatzgebiete des Metalls sind beeindruckend vielseitig. Durch seine Eigenschaften ist es für Hochtemperaturanwendungen in der Energie- und Lichttechnik sowie der Raumfahrt und Medizintechnik ideal geeignet und damit für die moderne Hightech-Industrie unverzichtbar“, betont Alexander Klein vom IAM-WK.

Vorwärmen erlaubt das Verarbeiten

EBM ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem die unter Vakuum beschleunigten Elektronen Metallpulver selektiv schmelzen und so Schicht für Schicht ein 3D-Bauteil erzeugen. Der Vorteil des Verfahrens liegt in der verwendeten Energiequelle, dem Elektronenstrahl. Er ermöglicht das Vorwärmen des Metallpulvers sowie der Trägerplatte vor dem Schmelzen und reduziert damit Verformungen und Eigenspannungen. Dies erlaubt die Verarbeitung von Werkstoffen, die bei Raumtemperatur leicht brechen und bei hohen Temperaturen verformbar sind. Allerdings müssen die verwendeten Materialien elektrisch leitfähig sein.

Leichtbauteile aus Titan fertigen

Der EBM-Prozess wurde ursprünglich entwickelt, um Titanlegierungen sowie Materialien, die erhöhte Prozesstemperaturen erfordern, zu verarbeiten. Bisher wurden damit im Technik-Haus des KIT Leichtbauteile aus Titan hergestellt. Das IAM-WK forscht in den Forschungsprogrammen der Helmholtz-Gemeinschaft und des europäischen Fusionsprogramms „Eurofusion“ an Materialien und Prozessen, um Hochtemperaturwerkstoffe für zukünftige Anwendungen herstellen zu können, zum Beispiel in der Fusionsenergie oder Medizintechnik.

Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde
Engelbert-Arnold-Straße 4
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Tel.: +49 721 608 44160
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